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Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer für ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Für den Transport von Gütern oder die Beförderung von Personen sind elektrische Triebfahrzeuge mit Stromabnehmern zur Traktionsversorgung aus einer streckenseitigen Oberleitungsanlage im schienengebundenen Eisenbahnverkehr hinlänglich bekannt. Seit geraumer Zeit sind aber auch nicht schienengebundene Triebfahrzeuge, insbesondere schwere Nutzfahrzeuge für den Straßenverkehr, mit dieselelektrischem Antrieb und mit Stromabnehmern zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Oberleitungsanlage bekannt. Aufgrund der Gummibereifung derartiger Straßenfahrzeuge sind für elektrifizierte Fahrstreifen zweipolige Oberleitungsanlagen erforderlich, die als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte über diesem Fahrstreifen aufspannen. Entsprechend ist auch der Stromabnehmer zweipolig ausgebildet sein.
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Ein solch gattungsgemäßer Stromabnehmer ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2017 203 046 A1 bekannt. Er umfasst ein gelenkiges Traggestänge, das fahrdrahtseitig eine Wippenanordnung mit je Kontaktpol mindestens einer Schleifleiste trägt und fahrzeugseitig ein Basisgelenk zur Abstützung auf dem Straßenfahrzeug aufweist. Der Stromabnehmer umfasst ferner einen Hubantrieb, der derart mit dem Traggestänge gekoppelt ist, dass die Schleifleisten aus einer unteren Ablageposition in einer obere Kontaktposition anhebbar sind.
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Für jeden Kontaktpol weist das Traggestänge des bekannten Stromabnehmers einen gesonderten Oberarm auf, entsprechend weist die Wippenanordnung für jeden Kontaktpol eine eigene Wippe mit Schleifleisten auf, wobei jeder der beiden Oberarme je eine der Wippen trägt. Die zwei Oberarme sind über ein gemeinsames Kniegelenk mit dem Unterarm verbunden, sind aber unabhängig voneinander gegen den Unterarm verdrehbar, so dass die beiden elektrisch voneinander isolierten Wippen unterschiedliche Vertikalpositionen einnehmen können. Hierdurch können Unebenheiten der Fahrbahn, ein Wanken des Straßenfahrzeugs und unterschiedlich hoch hängende Fahrdrähte ausgeglichen werden, um im Betrieb des Straßenfahrzeugs die Kontaktkräfte zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten möglichst konstant zu halten und Kontaktverluste zu minimieren. Der bekannte Stromabnehmer weist viele und komplizierte Einzelteile auf und bedarf einer präzisen und aufwändigen Einstellung vor und bei Integration in ein Straßenfahrzeug.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bei einfacherem Aufbau eine gleichmäßige Kontaktkraft zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten der Oberleitungsanlage erreichbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungsgemäßen Stromabnehmer mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach ist das Traggestänge pantographenartig ausgebildet und umfasst einen Unterarm und - im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stromabnehmer - auch nur einen Oberarm, der mit dem Unterarm über ein Kniegelenk verbunden ist. Die Wippenanordnung weist dabei einen Wippenkasten mit einem oberen Querbalken und einem unteren Querbalken auf, die zueinander parallel oder annähernd angeordnet sind. Der obere Querbalken ist mit dem unteren Querbalken mittig durch eine Mittelstrebe und beidendseitig durch je-weils eine Seitenstrebe verbunden. Mittelstrebe und Seitenstreben sind zueinander parallel oder annähernd parallel angeordnet und weisen an den sechs Verbindungsstellen Drehgelenke mit jeweils einem durch eine Drehachse definierten Rotationsfreiheitsgrad auf. Die sechs Drehachsen verlaufen zueinander parallel, so dass der Wippenkasten ein Parallelogramm oder annähernd ein Parallelogramm mit festen Seitenlängen aber veränderbaren Innenwinkeln definiert. Bei Montage auf einem Straßenfahrzeug verlaufen diese Drehachsen parallel zu einer Fahrzeuglängsachse. Der Oberarm ist fahrdrahtseitig mit der Mittelstrebe über ein Wippengelenk verbunden, welches eine Drehbewegung zwischen der Parallelogrammebene des Wippenkastens und dem Oberarm ermöglicht. Die Drehachsen des Wippengelenks, des Kniegelenks und des Basisgelenks verlaufenden dabei zueinander parallel und bei Montage auf einem Straßenfahrzeug parallel zu einer Fahrzeugquerachse. Die Schleifleisten der beiden Kontaktpole stützen sich symmetrisch zur Mittelstrebe auf dem Wippenkasten ab. Je Kontaktpol können beispielsweise zwei hintereinander angeordnete Schleifleisten vorgesehen sein, welche parallel zueinander und bei Montage auf einem Straßenfahrzeug parallel zu einer Fahrzeugquerachse verlaufen.
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Der erfindungsgemäße Stromabnehmer realisiert eine einfache Einarmkonstruktion des Pantographen, kommt also neben einem Unterarm auch mit nur einem Oberarm aus, und ermöglicht dennoch eine Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten der beiden Kontaktpole. Die Schleifleisten sind auf dem Wippenkasten symmetrisch zur Mittelstrebe und damit symmetrisch zum Oberarm des Traggestänges abgestützt und können sich aufgrund der Parallelogrammmechanik des Wippenkastens vertikal bewegen - und zwar in dem Maße, wie sich die Schleifleisten eines Kontaktpols absenken, werden die Schleifleisten des anderen Kontaktpols angehoben. Die symmetrische Einleitung der Kontaktkräfte in den Wippenkasten erlaubt eine gleichbleibende Andruckkraft der Schleifleisten beider Kontaktpole unabhängig vom lateralen Kontaktpunkt der Fahrdrähte auf den Schleifleisten. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Stromabnehmers vereinfacht sich dessen Montage, dessen Integration in ein Straßenfahrzeug und dessen Wartung. Die reduzierte Teilezahl bedingt ein geringeres Gewicht und verbesserte Schwingungseigenschaften des erfindungsgemäßen Stromabnehmers.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind der Oberarm über eine Zugstange mit einem Grundrahmen des Stromabnehmers und der Unterarm über eine Kuppelstange mit der Mittelstrebe derart gelenkig verbunden, dass die Mittelstrebe beim Anheben und Absenken der Schleifleisten vertikal ausgerichtet parallelgeführt ist. Das Gestänge aus Unter- und Oberarm sowie Zug- und Kuppelstange bilden eine Parallelführung für den Wippenkasten, so dass seine Parallelogrammebene beim An- und Abdrahten des Stromabnehmers stets vertikal ausgerichtet bleibt.
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In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromabnehmers stützen sich die Schleifleisten am Wippenkasten federnd ab. Eine Federung verringert die Stoßbelastung bei der Kontaktherstellung zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten und verringert dadurch das Risiko von Abplatzungen oder Ausbrüchen aus den Kohlestücken der Schleifleisten beim Andrahten. Zudem werden Vertikalbewegungen des Fahrgestells, hervorgerufen etwa durch Brems- oder Lenkbeschleunigungen des Straßenfahrzeugs oder durch Fahrbahnunebenheiten, nicht ungefedert auf die im Schleifkontakt mit den Fahrdrähten befindlichen Schleifleisten übertragen. Die federnde Abstützung kann durch linear geführte Federtöpfe zwischen Wippenkasten und Schleifleisten gebildet sein. Des Weiteren können am Wippenkasten Blattfedern angebracht sein, die beispielsweise seitlich abstehen können und auf die sich die Schleifleisten abstützen. Es kommt so zwar neben der Vertikalbewegung auch zu einer seitlichen Verschiebung beim Einfedern, diese ist aufgrund des geringen Federwegs von beispielsweise 30 mm funktionell vernachlässigbar. Des Weiteren können die Querbalken des Wippenkastens federelastisch biegbar ausgebildet sein, so dass die Schleifleisten durch Abstützung an den Seitenstreben eine Federbewegung durch Verbiegen der Querbalken ausführen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist eine Drehbewegung der Querbalken um die Drehachsen der Drehgelenke der Mittelstrebe durch Begrenzungsmittel begrenzt. Durch die Begrenzung der Drehbewegung, also dem maximal erlaubten Drehwinkel der Querbalken aus der Horizontalen, wird die mögliche Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten der beiden Kontaktpole begrenzt. Die Einstellung des zulässigen Höhenunterschiedes zwischen den Kontaktpolen kann direkt in die Wippenanordnung und dort an verschiedene Stellen verlagert werden. Die Begrenzungsmittel können als mechanische Anschlagelemente ausgebildet sein, gegen die ein oder beide Querbalken bei Erreichen des maximalen Drehwinkels anschlagen. Ebenso können die Begrenzungsmittel in ein oder mehrere der sechs Drehgelenke des Wippenkastens integriert sein. Aus Redundanzgründen kann auch eine Kombination der genannten Begrenzungsmittel gewählt werden. Mit den erfindungsgemäßen Stromabnehmer ist so eine einfache, direkte und robuster Einstellung der erlaubten Höhendifferenz möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers weist die Wippenanordnung einen Schutzbügel auf, der derart angeordnet und geformt ist, dass ein Eintauchen eines Fahrdrahtes in einen Zwischenraum zwischen den beiden Kontaktpolen unterhalb einer Schleifleiste verhindert wird. Der Schutzbügel kann an seinen Enden über je ein Bügelgelenk am Wippenkasten oder an den Schleifleisten oder an Ablaufhörnern derart montiert sein, dass er bei allen Höhendifferenzen die Lücke zwischen den beiden Schleifleisten der Kontaktpole überbrückt. Alternativ kann der Schutzbügel durch die inneren Ablaufhörner selbst gebildet sein, wenn diese Ablaufhörner der beiden Kontaktpole in allen Vertikalstellungen der Schleifleisten ausreichend überlappen. Damit wird verhindert, dass ein Fahrdraht, der bei einem Lenkmanöver des Straßenfahrzeugs ein Kohlestück einer Schleifleiste in Richtung Fahrzeugmitte verlässt, aufgrund des Aufrichtmoments des Hubantriebs im Zwischenraum zwischen den Kontaktpolen unterhalb einer Schleifleiste gerät. Ein derartiges Einfädeln eines Fahrdrahtes kann zu Beschädigungen an Stromabnehmer und Oberleitungsanlage und dadurch bedingten Folgeunfällen auf der Fahrbahn führen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers trägt die Wippenanordnung je Kontaktpol nur eine Schleifleiste. Im Vergleich zu den üblichen, zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Schleifleisten für jeden Kontaktpol vereinfacht dies den erfindungsgemäßen Stromabnehmer weiter, was Bauteil- und Montagekosten verringert. Die Kuppelstange kann dabei durch ein Lineargelenk verlängerbar sein, um die Stellung der sonst vertikal ausgerichteten Parallelogrammebene des Wippenkastens bei gegenüber der Fahrbahn ansteigenden oder abfallenden Fahrdrähten oder bei Nickbewegungen des Straßenfahrzeugs anpassen zu können.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Straßenfahrzeug mit einem elektrischen oder hybridelektrischen Antrieb sowie mit einem Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers,
- 2 der Stromabnehmer aus 1 bei Vorliegen einer Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten,
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit Begrenzungselementen,
- 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit Blattfedern,
- 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit biegeelastischen Querbalken,
- 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit Schutzbügel,
- 7 der Stromabnehmer aus 6 bei Vorliegen einer Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten,
- 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit anderem Schutzbügel und
- 9 der Stromabnehmer aus 8 bei Vorliegen einer Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten
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schematisch veranschaulicht sind.
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Gemäß 1 ist ein Straßenfahrzeug 1 mit einem Stromabnehmer 2 zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer zweipoligen, als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte 3 aufweisenden Oberleitungsanlage ausgestattet. Das Straßenfahrzeug 1 kann ein schweres Nutzfahrzeug, etwa ein Sattelzugmaschine oder ein Bus, sein weist einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb auf. Vom Straßenfahrzeug 1 ist lediglich eine mit dessen Fahrgestell verbundene Stelle angedeutet, an der sich der Stromabnehmer 2 abstützt. Von der Oberleitungsanlage sind lediglich die beiden Fahrdrähte 3 gezeigt, welche über Hänger an Tragseilen oberhalb des elektrifizierten Fahrstreifens einer vom Straßenfahrzeug 1 befahrenen Fahrbahn verlaufen.
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Der Stromabnehmer 2 umfasst ein gelenkiges Traggestänge 4, das als pantographenartige Halbschere ausgebildet ist und einen sich über ein Basisgelenk 5 am Straßenfahrzeug 1 abstützenden Unterarm 6 sowie einen mit diesem über ein Kniegelenk 7 verbundenen Oberarm 8 aufweist. Eine Zugstange 9 verbindet gelenkig das fahrzeugseitige Ende des Oberarms 8 mit dem Straßenfahrzeug 1 oder mit einem damit verbundenen Grundrahmen des Stromabnehmers 2. Eine Kuppelstange 10 ist gelenkig mit dem Unterarm 6 verbunden. Das beschriebene Traggestänge 4 ist in 1 aus Darstellungsgründen in einer Seitenansicht gezeigt, eine Fahrzeuglängsachse würde sich hier also für diesen Figurenteil von rechts nach links erstrecken.
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Die vom Traggestänge 4 fahrdrahtseitig getragene Wippenanordnung 11 ist in 1 aus Darstellungsgründen jedoch in einer Frontansicht gezeigt, eine Fahrzeuglängsachse würde sich für diesen Figurenteil daher senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Die Wippenanordnung 11 trägt je Kontaktpol nur eine Schleifleiste 12, welche parallel zueinander und quer zur Fahrzeuglängsachse liegen. Jede Schleifleiste 12 umfasst ein längliches Kohlestück mit einer nach oben gewandten Kontaktfläche, welche zur Energieübertragung während der Fahrt vom Fahrdraht 3 beschliffen wird, und an ihren Enden je ein nach unten gebogenes Ablaufhorn 13.
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Die Wippenanordnung 11 weist einen Wippenkasten 14 mit einem oberen Querbalken 15 und einem unteren Querbalken 16 auf, die zueinander parallel oder annähernd parallel angeordnet sind. Der obere Querbalken 15 ist mit dem unteren Querbalken 16 mittig durch eine Mittelstrebe 17 und an den Enden durch jeweils eine Seitenstrebe 18 verbunden. Mittelstrebe 17 und Seitenstreben 18 sind zueinander parallel oder annähernd parallel angeordnet und weisen an den sechs Verbindungsstellen Drehgelenke 19 mit jeweils einem Rotationsfreiheitsgrad R auf. Die sechs Drehachsen verlaufen zueinander parallel, in 1 senkrecht auf der Zeichnungsebene, so dass der Wippenkasten 14 ein Parallelogramm oder annähernd ein Parallelogramm definiert. Die Mittelstrebe 17 ist mit dem Oberarm 8 über ein Wippengelenk 20 und mit der Kuppelstange 10 über ein Kuppelgelenk 21 verbunden, was eine Drehbewegung der Parallelogrammebene des Wippenkastens 14 relativ zu Oberarm 8 und Kuppelstange 10 ermöglicht. Die Drehachsen des Wippengelenks 20, des Kuppelgelenks 21, des Kniegelenks 7 und des Basisgelenks 5 verlaufenden dabei zueinander und zur Fahrzeugquerachse parallel.
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Der Stromabnehmer 2 umfasst ferner einen beispielsweise als Luftbalg ausgebildeten Hubantrieb 22, der zum Beispiel über einen Balghebel 23 derart mit dem Traggestänge 4 gekoppelt ist, dass die Schleifleisten 12 aus einer unteren Ablageposition in einer obere Kontaktposition anhebbar sind. Das Traggestänge 4 bildet dabei eine Parallelführung für den Wippenkasten 14, so dass seine Parallelogrammebene beim Anheben und Absenken der Wippenanordnung 11 stets vertikal ausgerichtet bleibt.
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Die Schleifleisten 12 der beiden Kontaktpole stützen sich symmetrisch zur Mittelstrebe 17 und damit symmetrisch zum Oberarm 8 des Traggestänges 4 auf den Seitenstreben 16 des Wippenkastens 14 ab. Die Schleifleisten 12 können sich aufgrund der Parallelogrammmechanik des Wippenkastens 14 vertikal bewegen und sich damit gemäß 2 an Höhendifferenzen Δh zwischen den Fahrdrähten 3 anpassen. Hierzu drehen sich die Querbalken 15, 16 jeweils um einen Drehwinkel α gegen die Horizontale. Hierdurch wird eine symmetrische Einleitung der Kontaktkräfte in den Wippenkasten 14 ermöglicht, was zu einer gleichbleibenden Andruckkraft der Schleifleisten 12 beider Kontaktpole unabhängig vom lateralen Kontaktpunkt der Fahrdrähte 3 auf den Schleifleisten 12 führt.
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Die Drehbewegung der Querbalken 15, 16 um die Drehachsen der Drehgelenke 19 der Mittelstrebe 17 ist gemäß 3 durch Begrenzungsmittel begrenzt. Durch die Begrenzung des Drehwinkels α, wird die mögliche Höhendifferenz Δh zwischen den Schleifleisten 12 der beiden Kontaktpole begrenzt. Die Begrenzungsmittel können als mechanische Anschlagelemente 24 ausgebildet sein, gegen welche die Querbalken 15, 16 bei Erreichen des maximalen Drehwinkels α anschlagen.
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Die Schleifleisten 12 stützen sich am Wippenkasten federnd ab, um die Stoßbelastung bei der Kontaktherstellung zwischen Schleifleisten 12 und Fahrdrähten 6 zu vermindern und dadurch das Risiko von Abplatzungen oder Ausbrüchen aus den Kohlestücken der Schleifleisten 12 beim Andrahten zu verringern. Die federnde Abstützung kann gemäß 1 bis 3 sowie 6 bis 9 durch linear geführte Federtöpfe 25 zwischen Wippenkasten 14 und Schleifleisten 12 gebildet sein. Gemäß 4 können am Wippenkasten 14 auch seitlich abstehende Blattfedern 26 angebracht sein, auf die sich die Schleifleisten 12 abstützen. Gemäß 5 können die Querbalken 15, 16 des Wippenkastens 14 auch federelastisch biegbar ausgebildet sein, so dass die Schleifleisten 12 durch Abstützung an den Seitenstreben 18 eine Federbewegung durch Verbiegen der Querbalken 15, 16 ausführen können.
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Gemäß 6 bis 9 weist die Wippenanordnung 11 einen Schutzbügel 27 auf. Der Schutzbügel 27 kann an seinen Enden über je ein Bügelgelenk 28 gemäß 6 und 7 am Wippenkasten 14 oder gemäß 8 und 9 an den Ablaufhörnern 13 der Schleifleisten 12 montiert sein. Der nach oben gewölbte Schutzbügel 27 überbrückt bei allen Höhendifferenzen Δh die Lücke zwischen den beiden Schleifleisten 12. Er verhindert damit ein Eintauchen eines Fahrdrahtes 3 in einen Zwischenraum zwischen den beiden Kontaktpolen unterhalb einer Schleifleiste 12. Damit wird vermieden, dass ein Fahrdraht 3, der bei einem Lenkmanöver des Straßenfahrzeugs 1 das Kohlestück einer Schleifleiste 12 in Richtung Lücke bzw. Zwischenraum verlässt, aufgrund des Aufrichtmoments des Hubantriebs 22 in den Zwischenraum unterhalb einer Schleifleiste 12 gerät. Damit werden Beschädigungen an Stromabnehmer 2 und Oberleitungsanlage durch Einfädeln eines Fahrdrahtes 3 in den Zwischenraum vorgebeugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017203046 A1 [0003]
