-
Die Erfindung betrifft einen Pantografen für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere einen Oberleitungs-Hybrid-Lkw. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere einen Oberleitungs-Hybrid-Lkw.
-
Elektrische Transportsysteme für Güter oder Personen mit Fahrleitungen zur Versorgung von Fahrzeugen - also Kraftfahrzeugen (Straßenfahrzeuge), Schienenfahrzeugen und/oder Oberleitungsschiffen (Boote, Fähren) - mit elektrischer Energie gibt es in vielen Varianten. Bei einem Einsatz von elektrischen Versorgungssystemen für solche Fahrzeuge kommen üblicherweise mit Gleichstrom gespeiste Oberleitungssysteme zum Einsatz. Diese haben den Vorteil einer hohen Sicherheit und eines geringen Platzbedarfs der Komponenten am/im Fahrzeug. Die Oberleitungen sind über elektrifizierten Fahrstreifen (Kraftfahrzeuge), Schienen (Schienenfahrzeuge) oder Fahrspuren (Kraftfahrzeuge, Schiffe) angeordnet und werden von den mit Elektrotraktionsmotoren antreibbaren Fahrzeugen mit Hilfe von als Pantografen ausgebildeten Stromabnehmern elektromechanisch kontaktiert.
-
Pantografen, vgl. auch 1 und ggf. unten, insbesondere für Kraftfahrzeuge wie z. B. Oberleitungs-Hybrid-Lkw für Elektroautobahnen, Oberleitungslastkraftwagen oder Oberleitungsbusse, weisen aus Gründen einer elektrischen Sicherheit eine galvanische Trennung zwischen einer Traktionsspannungs-Potenziallage (Zeichnung: dicker Einfachstrich) und einer Chassis-Potenziallage (Zeichnung: dick und kurz gestrichelt) des Kraftfahrzeugs auf. D. h., dass ein Traktionsspannungs-Bordnetz des Kraftfahrzeugs galvanisch vom Chassis des Kraftfahrzeugs getrennt ist, wobei das Traktionsspannungs-Bordnetz vom Kraftfahrzeug überwacht wird. Um den einfachen Fehlerfall zu beherrschen ist eine weitere Potenziallage vorgesehen, die sogenannte Zwischen-Potenziallage (Zeichnung: Doppelstrich), wobei ein Schluss im Fehlerfall immer zunächst zur Zwischenpotentiallage erfolgt. - Unter einer Potenziallage (englisch: (Potential-)Layer) ist hier und im Folgenden immer ein Abschnitt, eine Zone, ein Teil etc., als Bereich bezeichnet, verstanden, welcher dasselbe elektrische Potenzial am/im Kraftfahrzeug intendiert besitzt bzw. besitzen kann.
-
Diese verschiedenen Bereiche des Kraftfahrzeugs, also dessen Potenziallagen, sind elektrisch voneinander isoliert am/im Kraftfahrzeug eingerichtet. Die Traktionsspannungs-Potenziallage kann in elektromechanischen Schleifkontakt zur Oberleitung gebracht werden und deren elektrische Spannung tragen. Die Zwischen-Potenziallage liegt zwischen der Traktionsspannungs-Potenziallage und der Chassis-Potenziallage. Die Chassis-Potenziallage ist galvanisch mit einem Chassis des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Eine elektrische Isolation zwischen der Traktionsspannungs-Potenziallage und der Zwischen-Potenziallage wird vom Pantografen überwacht, wie auch eine elektrische Isolation zwischen der Zwischen-Potenziallage und der Chassis-Potenziallage.
-
Sollte die elektrische Isolation zwischen zwei benachbarten Potenziallagen (Traktionsspannungs-Potenziallage zu Zwischen-Potenziallage oder Zwischen-Potenziallage zu Chassis-Potenziallage) eine Störung aufweisen, bügelt der Pantograf von der Oberleitung ab, bevor eine Oberleitungsspannung am Chassis anliegen kann und es so zu einer elektrischen Gefahr kommen könnte. In geerdeten Netzen kann die Chassis-Potenziallage niederohmig mit der Traktionsspannungs-Potenziallage gekoppelt sein, vorrangig abhängig von einem elektrischen Widerstand der Reifen des Kraftfahrzeugs. - Der Pantograf muss einerseits aus Stabilitätsgründen mit vielen großen Isolatoren (statische Überbestimmung, Einsatz von speziellen Ausgleichselementen) auf dem Kraftfahrzeug befestigt und andererseits für einen Crashfall mittels Crashbügeln gegen ein Abbrechen geschützt sein, vgl. auch 2 und unten.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung eines Pantografen an einem Kraftfahrzeug anzugeben. - Die Aufgabe der Erfindung ist mittels eines Pantografen für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (also ein nicht schienengebundenes Fahrzeug bzw. kein Oberleitungsschiff), insbesondere einen Oberleitungs-Hybrid-Lkw; und mittels eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Oberleitungs-Hybrid-Lkws, gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung der Erfindung.
-
Der erfindungsgemäße Pantograf umfasst wenigstens einen Pantograf-Hauptrahmen und eine auf- und abbewegbare Armkonstruktion mit einer Wippe bzw. einem Kontaktstück (Kontaktstück einer Oberleitung) an seinem oberen Ende, wobei der Pantograf mittels des Pantograf-Hauptrahmens an einem Kraftfahrzeug befestigbar und das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit einer Stellung der Armkonstruktion mit elektrischem Strom aus einer Oberleitung versorgbar ist, wobei der Pantograf-Hauptrahmen mit einem Chassis des Kraftfahrzeugs galvanisch koppelbar ist und eine zweistufige galvanische Trennung zu einem Traktionsspannungspotenzial abseits des Pantograf-Hauptrahmens im Pantografen selbst erfolgt. Ferner ist die Sicherheit erhöht, da mehr Teile bzw. Komponenten auf der (sichereren) Chassis-Potenziallage liegen und weniger auf der Zwischen-Potenziallage.
-
Die Erfindung ermöglicht eine deutlich einfachere mechanische Schnittstelle zum Kraftfahrzeug. Dies gilt z. B. für einen Aufwand bei einer Konstruktion bzw. einem Design sowie die Kosten und eine Anzahl der notwendigen Komponenten. Eine Integration eines Pantografen an/auf/in das Kraftfahrzeug wie auch eine Wartung der Schnittstelle vereinfachen sich erheblich. Aufgrund der verringerten Toleranzanforderungen lässt sich ferner eine Schnittstelle auf Seiten des Kraftfahrzeugs deutlich vereinfachen und bietet das Potential einer vergleichsweise einfachen und standardisierten Lösung.
-
Ferner führt die veränderte Konstruktion zu einer Gewichtsreduktion des Pantografen, welche für das Gesamtsystem Kraftfahrzeug aufgrund einer Lage des Pantografen wie auch ökonomisch von großer Bedeutung ist. Insbesondere für eine Auslegung der darunterliegenden Tragkonstruktion ist ein Gewicht maßgeblich. Eine Reduktion des Gewichts des Pantografen führt dementsprechend auch bei der Tragkonstruktion unter dem Pantografen zu einer weiteren Gewichts- und Größenreduktion. Ferner vereinfacht sich gemäß der Erfindung die Isolationsüberwachung zwischen den einzelnen Potentiallagen.
-
Die galvanische Trennung zwischen einer Chassis-Potenziallage des Pantografen (in der Zeichnung: dick und kurz gestrichelt) zu einer anderen Potenziallage des Pantografen kann im Pantograf-Hauptrahmen, am Pantograf-Hauptrahmen und/oder abseits des Pantograf-Hauptrahmens im Pantografen selbst erfolgen. - D. h. bei einem an einem Kraftfahrzeug montierten Pantografen liegen der Pantograf-Hauptrahmen und das Chassis des Kraftfahrzeugs auf einer gemeinsamen Potenziallage, der Chassis-Potenziallage des Kraftfahrzeugs. Der Pantograf-Hauptrahmen als mechanische Struktur kann z. B. wenigstens einen Antrieb für die Armkonstruktion, wenigstens einen Schaltkasten, wenigstens eine Armlagerung, wenigstens eine andere Komponente oder Einheit etc. aufweisen.
-
Der Pantograf selbst umfasst sämtliche Komponenten, die notwendig sind, um einen Traktionsstrom aus einer Oberleitung in das Kraftfahrzeug zu leiten. D. h. der Pantograf weist z. B.: die Armkonstruktion, den Pantograf-Hauptrahmen, Schaltkästen, Kabel, Isolatoren etc. auf. Hierbei ist die Funktion des Pantografen analog zu der eines (vergleichsweise komplex aufgebauten) elektrischen Kabels, welches einerseits am/im Kraftfahrzeug mechanisch (Pantograf-Hauptrahmen) und elektrisch (Schaltkasten, Traktionsstromleitung) anschließbar oder angeschlossen ist und das andererseits an die Oberleitung elektromechanisch (Armkonstruktion) an- und abgebügelt werden kann.
-
Gemäß der Erfindung erfolgt eine galvanische Trennung des Pantografen gegenüber dem Chassis des Kraftfahrzeugs nun nicht mehr, wie im Stand der Technik, zwischen dem Pantografen und dem Chassis, sondern im Pantografen selbst. D. h. im Pantograf-Hauptrahmen oder zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und einem sich daran unmittelbar oder mittelbar anschließenden Abschnitt des Pantografen. Die galvanische Trennung verschiebt sich weg von einer ursprünglichen Potenziallage zwischen dem eigentlichen Kraftfahrzeug und dem Pantografen in den Pantografen hinein, wobei die Abschnitte der Chassis-Potenziallage des gesamten Kraftfahrzeugs, also des eigentlichen Kraftfahrzeugs mit Pantograf, ,größer‘ oder ,mehr‘ werden, da sich die Chassis-Potenziallage nun wenigstens bis hinein in den Pantograf-Hauptrahmen erstreckt.
-
Bevorzugt besitzt der Pantograf drei Potenziallagen: die Chassis-Potenziallage, eine Traktionsspannungs-Potenziallage (in der Zeichnung: dicker Einfachstrich) und eine dazwischen eingerichtete Zwischen-Potenziallage (in der Zeichnung: Doppelstrich). Hierbei trennt die Zwischen-Potenziallage die Traktionsspannungs-Potenziallage von der Chassis-Potenziallage vollständig galvanisch; d. h. es gibt keine Isolationsstelle, an welcher an einer Seite ein Chassispotenzial und an der anderen Seite ein Traktionsspannungspotenzial anliegt oder anliegen kann. Bei der Isolation zwischen den Potenziallagen z. B. innerhalb von Schaltkästen lassen sich deutlich kleinere Isolatoren nutzen, da eine mechanische Beanspruchung geringer ist und es zu weniger Verschmutzung und Witterungseinflüssen kommt. Zudem lassen sich die Kriech- und Luftstrecken reduzieren.
-
Je nach einer Ausführungsform können: der Pantograf-Hauptrahmen und ggf. ein mechanischer Schaltkasten, eine Unterarmlagerung der Armkonstruktion, ein hauptrahmenseitiger Abschnitt eines Unterarms der Armkonstruktion, ein gesamter Unterarm der Armkonstruktion, ein Armgelenk der Armkonstruktion zwischen dem Unterarm und einem Oberarm, und/oder ein hauptrahmenseitiger (wippenabseitiger) Abschnitt eines Oberarms der Armkonstruktion auf der Chassis-Potenziallage des Pantografen liegen.
-
Unter einem mechanischen Schaltkasten ist, auch im Folgenden, z. B. ein mechanischer Traktionsspannungs-Schaltkasten und/oder ein mechanischer Steuerungs-Schaltkasten verstanden, welcher zu seinen Komponenten der Zwischen-Potenziallage elektrisch isoliert ist und daher diese nicht mitumfasst. Der (gesamte) Schaltkasten umfasst diese dann, wobei eine Potenzialgrenze innerhalb des Schaltkastens verläuft.
-
Ferner können je nach einer Ausführungsform: ein (gesamter) Traktionsspannungs-Schaltkasten (inkl. elektrischer Komponenten) und/oder ein (gesamter) Steuerungs-Schaltkasten (inkl. elektrischer Komponenten), eine Unterarmlagerung der Armkonstruktion, ein gesamter Unterarm der Armkonstruktion, ein hauptrahmenabseitiger Abschnitt eines Unterarms der Armkonstruktion, ein Armgelenk der Armkonstruktion zwischen dem Unterarm und einem Oberarm, ein gesamter Oberarm der Armkonstruktion, ein wippenabseitiger (hauptrahmenseitiger) Abschnitt eines Oberarms der Armkonstruktion, ein wippenseitiger (hauptrahmenabseitiger) Abschnitt eines Oberarms der Armkonstruktion, ein Wippengelenk der Armkonstruktion zwischen dem Oberarm und einem Wippenträger bzw. einer Wippe, ein Wippenträger der Armkonstruktion, ein Sensor und ein Signalkabel zum Steuerungs-Schaltkasten, und/oder eine elektrische Schirmung eines Traktionsstromkabels zum Traktionsspannungs-Schaltkasten und/oder zum Kraftfahrzeug auf der Zwischen-Potenziallage des Pantografen liegen. Bevorzugt liegen wenigstens einer der Schaltkästen oder einzelne oder mehrere Komponenten dieser oder einer der Arme oder Teile von diesem auf der Zwischen-Potenziallage.
-
Des Weiteren können je nach einer Ausführungsform: wenigstens eine Wippe, insbesondere zwei Wippen, der Armkonstruktion, Teile der wenigstens einen Wippe, insbesondere wenigstens eine Schleifleiste bzw. wenigstens ein Kontaktstück, ein Wippengelenk der Armkonstruktion zwischen dem Oberarm und einem Wippenträger bzw. einer Wippe oder Einzelteile oder Baugruppen der Wippe (wie z. B. die Federung der Kontaktstücke), ein wippenseitiger (hauptrahmenabseitiger) Abschnitt eines Oberarms der Armkonstruktion, und/oder ein Traktionsstromkabel zum Traktionsspannungs-Schaltkasten und/oder zum Kraftfahrzeug auf der Traktionsspannungs-Potenziallage des Pantografen liegen. Eine elektrische Schirmung des Traktionsstromkabels liegt hierbei auf der Zwischen-Potenziallage.
-
Die Armkonstruktion selbst kann aufgrund ihrer Materialeigenschaften als ein Isolator wirken und/oder über einen elektrischen Isolator am Pantograf-Hauptrahmen befestigt sein. Ferner kann die Armkonstruktion, abseits wenigstens einer ihr gegenüber ggf. elektrisch isolierten Wippe, einen elektrischen Isolator aufweisen, der zwei Bereiche der Armkonstruktion gegeneinander elektrisch isoliert.
-
Zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und dem (gesamten) Traktionsspannungs-Schaltkasten kann ein elektrischer Isolator vorgesehen sein. Hierbei ist der Traktionsspannungs-Schaltkasten bevorzugt über den elektrischen Isolator am Pantograf-Hauptrahmen befestigt. Ferner kann zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und dem (gesamten) Steuerungs-Schaltkasten ein elektrischer Isolator vorgesehen sein. Hierbei ist der Steuerungs-Schaltkasten bevorzugt über den elektrischen Isolator am Pantograf-Hauptrahmen befestigt. Des Weiteren kann zwischen wenigstens einer Komponente in wenigstens einem Schaltkasten und dem betreffenden Schaltkasten ein elektrischer Isolator vorgesehen sein. Ferner ist bevorzugt zwischen wenigstens einer Wippe und einem betreffenden Sensor ein elektrischer Isolator vorgesehen. Des Weiteren kann zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und einer Unterarmlagerung der Armkonstruktion ein elektrischer Isolator vorgesehen sein.
-
In einem Unterarm der Armkonstruktion kann ein elektrischer Isolator vorgesehen sein. Ferner kann in einem Oberarm der Armkonstruktion ein elektrischer Isolator vorgesehen sein. Des Weiteren kann zwischen einem Wippenträger und einer Wippe der Armkonstruktion ein oder kein elektrischer Isolator vorgesehen sein. - Als elektrische Isolatoren können einerseits z. B. aus der Energieetechnik bekannte Isolatoren zum Einsatz kommen, mit welchen blanke elektrische Leiter befestigt, gehalten oder geführt werden, ohne dass es zu einem nennenswerten Stromfluss durch den Isolator kommt. Andererseits können auch speziell für den Pantografen ausgelegt Bauteile als elektrische Isolatoren ausgebildet sein.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ein eigentliches Kraftfahrzeug und einen Pantografen, welcher mittels seines Pantograf-Hauptrahmens am eigentlichen Kraftfahrzeug befestigt ist, wobei der Pantograf als ein erfindungsgemäßer Pantograf ausgebildet ist. - Der Pantograf-Hauptrahmen kann direkt an einem Rahmen, einer Tragkonstruktion oder einem Chassis des Kraftfahrzeugs festgelegt sein. Solch eine Tragkonstruktion bzw. ein Aufbau kann z. B. als eine Stützkonstruktion, ein sogenannter Baseframe, ein sogenannter Tower etc. ausgebildet sein, die ihrerseits bzw. der seinerseits mit dem Chassis in unmittelbarer oder mittelbarer galvanischer Verbindung steht.
-
Zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und dem eigentlichen Kraftfahrzeug ist gemäß der Erfindung keine galvanische Trennung eingerichtet. D. h. zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und dem Rahmen, dem Aufbau oder dem Chassis des Kraftfahrzeugs sind keine Isolatoren vorgesehen, wobei natürlich ferner auf deren Ausgleichselemente verzichtet werden kann. Ferner ist es bevorzugt, dass zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen und dem eigentlichen Kraftfahrzeug kein Crashbügel vorgesehen ist.
-
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Abschnitte, Elemente, Bauteile, Einheiten, Komponenten und/oder Schemata, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/ oder Funktion besitzen, sind in der Figurenbeschreibung (s. u.), der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und in den Figuren (Fig.) der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine mögliche, in der Erfindungsbeschreibung (s. o.) nicht erläuterte, in der Zeichnung nicht dargestellte und/oder nicht abschließende Alternative, eine statische und/ oder kinematische Umkehrung, eine Kombination etc. zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung bzw. einer Komponente, einem Schema, einer Einheit, einem Bauteil, einem Element oder einem Abschnitt davon, kann ferner der Bezugszeichenliste und/oder der Figurenbeschreibung entnommen werden.
-
Bei der Erfindung kann ein Merkmal (Abschnitt, Element, Bauteil, Einheit, Komponente, Funktion, Größe etc.) positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation (Beschreibung (Erfindungsbeschreibung (s. o.), Figurenbeschreibung (s. u.)), Bezugszeichenliste, Patentansprüche, Zeichnung) ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen.
-
Ein Merkmal dieser Spezifikation kann nicht nur in einer angegebenen Art und/oder Weise, sondern auch in einer anderen Art und/oder Weise angewendet sein (Isolierung, Zusammenfassung, Ersetzung, Hinzufügung, Alleinstellung, Weglassung etc.). Insbesondere ist es möglich, anhand eines Bezugszeichens und einem diesem zugeordneten Merkmal bzw. vice versa, in der Beschreibung, der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und/oder der Zeichnung, ein Merkmal in den Patentansprüchen und/oder der Beschreibung zu ersetzen, hinzuzufügen oder wegzulassen. Darüber hinaus kann dadurch ein Merkmal in einem Patentanspruch ausgelegt und/oder näher spezifiziert werden.
-
Die Merkmale der Beschreibung sind (angesichts des (zunächst meist unbekannten) Stands der Technik) auch als optionale Merkmale interpretierbar; d. h. ein jedes Merkmal kann als ein fakultatives, arbiträres oder bevorzugtes, also als ein nicht verbindliches, Merkmal aufgefasst werden. So ist eine Herauslösung eines Merkmals, ggf. inkl. seiner Peripherie, aus einem Ausführungsbeispiel möglich, wobei dieses Merkmal dann auf einen verallgemeinerten Erfindungsgedanken übertragbar ist. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal in Bezug auf die Erfindung optional ist. Ferner ist bei einem Artbegriff für ein Merkmal auch ein Gattungsbegriff für das Merkmal mitlesbar (ggf. weitere hierarchische Gliederung in Untergattung etc.), wodurch, z. B. unter Beachtung von Gleichwirkung und/ oder Gleichwertigkeit, eine Verallgemeinerung des Merkmals möglich ist.
-
In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) zeigen:
- die 1 und 2 in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung (1) eine Pantografen-Isolationsanordnung gemäß dem Stand der Technik an einem Kraftfahrzeug und eine Perspektivansicht (2) auf eine Befestigung eines Pantograf-Hauptrahmens für ein Kraftfahrzeug, und
- die 3 bis 6 stark vereinfachte, schematische Darstellungen von vier erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Isolationsanordnungen einer Variante eines Pantografen an einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Oberleitungs-Hybrid-Lkw für Elektoautobahnen (Autobahnen mit entsprechenden Oberleitungen) .
-
Die Erfindung ist im Folgenden ausgehend vom Stand der Technik (1 und 2) anhand von Ausführungsbeispielen von vier spezifischen Ausführungsformen (3 bis 6) einer Variante einer Pantografen-Isolationsanordnung 0 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 10, insbesondere einen Oberleitungs-Hybrid-Lkw 10, näher erläutert. In der Zeichnung sind nur diejenigen räumlichen Abschnitte eines Gegenstands der Erfindung dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind.
-
Obwohl die Erfindung detaillierter durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, sondern ist von grundlegenderer Natur. Andere Variationen können hieraus und/oder aus Obigem (Erfindungsbeschreibung) abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist dabei allgemein im Bereich elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge (vgl. o.) anwendbar.
-
Die 1 zeigt schematisch einen Pantograf 12 und dessen Isolationsanordnung 0 gemäß dem Stand der Technik an einem als Oberleitungs-Hybrid-Lkw 10 ausgebildeten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug 10. Der Pantograf 12 umfasst als Hauptbestandteile einen Pantograf-Hauptrahmen 100, eine Armkonstruktion 200 und ein Traktionsstromkabel 300. Der Pantograf-Hauptrahmen 100 kann ferner einen Traktionsspannungs-Schaltkasten 110 und einen Steuerungs-Schaltkasten 120 aufweisen. Die Armkonstruktion 200 umfasst als Hauptbestandteile bevorzugt wenigstens einen Unterarm 210, wenigstens einen Oberarm 220 und wenigstens eine Wippe 232.
-
Im Stand der Technik liegt bei einem ausgefahrenen Pantografen 12 im Wesentlichen lediglich wenigstens eine Wippe 132 des Pantografen 12 elektrisch auf einer Traktionsspannungs-Potenziallage 3 (Zeichnung: dicker Einfachstrich), wobei der hauptsächliche Rest des Pantografen 12 elektrisch auf einer Zwischen-Potenziallage 2 (Zeichnung: Doppelstrich) liegt. Einzelne Steuerungskomponenten im Pantografen 12 können elektrisch mit einer Chassis-Potenziallage 1 (Zeichnung: dick und kurz gestrichelt) des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sein.
-
Der Pantograf 12 ist aus Stabilitätsgründen, siehe 2, mit vielen vergleichswese großen Isolatoren 101 auf dem Kraftfahrzeug 10 befestigt. Diese mechanische Schnittstelle weist verschiedene Nachteile auf. Zum einen kommt es durch die Anzahl der Isolatoren 101 zu einer statischen Überbestimmung, welche nur durch eine aufwändige Ausgleichskonstruktion beherrschbar ist. Hierzu müssen zwischen den Isolatoren 101 und dem Kraftfahrzeug 10 spezielle, exakt gefertigte Ausgleichselemente 102 verbaut werden, welche kostenintensiv sind. Gleichzeitig verlängern die Ausgleichselemente 102 (Messen) eine Zeitdauer einer Montage des Pantografen 12 sowie eine Integration am Kraftfahrzeug 10.
-
Ferner sind die Isolatoren 101 nicht ausreichend stabil, um auch in einem Crashfall ein Abbrechen eines Pantografen 12 zu verhindern. Es sind daher weitere Baugruppen in eine Konstruktion des Pantografen 12 integriert, um dessen Abbrechen im Crashfall abfangen (Crashbügel 103). Aufgrund der Konstruktion und vor allem der Bauweise der Isolatoren 101 kann es darüber hinaus durch Salznebel zum Absinken eines Isolationswiderstandes und zur Auslösung einer Isolationsüberwachung kommen. Nicht zuletzt ergibt sich eine kompliziert abzustimmende Schnittstelle mit vielen Einzelbauteilen, die insgesamt zu einem erhöhten Gewicht, Montageaufwand und Kosten führt.
-
Gemäß der Erfindung (vgl. auch die 3 bis 6) wird eine Pantografen-Isolationsanordnung 0 für das Kraftfahrzeug 10 vorgeschlagen, bei dem ein Potenzialübergang (Isolator, Isolationsschicht etc.) zwischen der Chassis-Potenziallage 1 und der Zwischen-Potenziallage 2 in den Pantograf 12 selbst bzw. dessen Konstruktion hineinverschoben ist. Ein Pantograf-Hauptrahmen 100 als mechanische Struktur mit ggf. wenigstens einem Antrieb, ggf. wenigstens einem Schaltkasten und/oder ggf. wenigstens einer Armlagerung etc. wird gemäß der Erfindung zu großen Teilen auf die Chassis-Potenziallage 1 verschoben. Daneben können auch ein Unterarm 210 und ggf. Teile eines Oberarms 220 der Armkonstruktion 200 auf die Chassis-Potenziallage 1 verschoben werden.
-
Schaltkästen 110, 120 für die Steuerung des Pantografen 12 (Steuerungs-Schaltkasten 120 mit Komponenten: 24V, Pneumatik etc.) und für die Traktionsspannung (Traktionsspannungs-Schaltkasten 110 mit Komponenten: Sicherungen, Anschlüsse, Überspannungsableiter etc.) können isoliert zum Pantograf-Hauptrahmen 100 bevorzugt auf der Zwischen-Potenziallage 2 belassen werden. Alternativ lassen sich auch lediglich die erforderlichen Komponenten auf der Zwischen-Potenziallage 2 belassen und auch die mechanischen Schaltkästen 110, 120 auf die Chassis-Potenziallage 1 verschieben, indem die Komponenten einzeln oder in Gruppen isoliert montiert und mit der Zwischen-Potenziallage 2 elektrisch verbunden werden.
-
Auf der Traktionsspannungs-Potenziallage 3 verbleiben wie bisher Teile der Wippe(n) 232 (Schleifleisten), welche gegenüber dem übrigen Aufbau isoliert sind (z. B. mittels Blattfedern der Schleifleisten realisiert). Wenigstens ein Sensor 122, welcher mechanisch an der Traktionsspannungs-Potenziallage 3 montiert ist, ist gegenüber dieser elektrisch isoliert und mit der Zwischen-Potenziallage 2 verbunden. Kabelverbindungen zwischen den Potenziallagen sind ggf. mit einem Schirm ausgebildet, welcher auf einer benachbarten Potenziallage 1, 2 liegt.
-
Wesentlich und allen Ausführungsformen gemeinsam ist eine direkte Montage des mechanischen Pantograf-Hauptrahmens 100 auf dem eigentlichen Kraftfahrzeug 10 ohne Einsatz von isolierenden Komponenten, sodass der Pantograf-Hauptrahmen 100 elektrisch mit der Chassis-Potenziallage 1 verbunden ist. Eine Unterarmlagerung 212, die Arme 210, 220 oder Abschnitte der Arme 210, 220 der Armkonstruktion 200 dienen dabei als eine elektrische Isolation zur Zwischen-Potenziallage 2. Zugleich können einzelne Komponenten ggf. zusammen mit ihren Schaltkästen 110, 120 isoliert zur Chassis-Potenziallage 1 auf der Zwischen-Potenziallage 2 untergebracht sein.
-
Die 3 bis 6 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, wie auf die komplizierte Schnittstelle (Isolatoren 101, Ausgleichselemente 102, Crashbügel 103 etc.) zwischen dem Pantograf-Hauptrahmen 100 und dem eigentlichen Kraftfahrzeug 10 verzichtet werden kann. Hierzu wird der Pantograf-Hauptrahmen 100 mit einem Chassis 11 des Kraftfahrzeugs 10 galvanisch gekoppelt. Eine notwendige galvanische Trennung zu einem Traktionsspannungspotenzial ist im Pantografen 12 selbst eingerichtet.
-
In der Ausführungsform der 3 befindet sich auf der Chassis-Potenziallage 1: der Pantograf-Hauptrahmen 100. Auf der der Zwischen-Potenziallage 2 befinden sich: der Traktionsspannungs-Schaltkasten 110, der Steuerungs-Schaltkasten 120, die Unterarmlagerung 200, 212, der gesamte Unterarm 200, 210, ein Armgelenk 200, 215, der gesamte Oberarm 200, 220, ein Wippengelenk 200, 225, ein Wippenträger 200, 230, ein Sensor 122 und ein Signalkabel 123 zum Steuerungs-Schaltkasten 120, und eine elektrische Schirmung des Traktionsstromkabels 300 zum Traktionsspannungs-Schaltkasten 110 und/oder zum Kraftfahrzeug 10. Und auf der Traktionsspannungs-Potenziallage 3 befinden sich: die wenigstens eine Wippe 200, 232 sowie das Traktionsstromkabel 300.
-
In der Ausführungsform der 4 sind gegenüber der Ausführungsform der 3 die Unterarmlagerung 200, 212 und ein hauptrahmenseitiger Abschnitt des Unterarms 200, 210 auf die der Zwischen-Potenziallage 2 verschoben. - In der Ausführungsform der 5 sind gegenüber der Ausführungsform der 4 der Wippenträger 200, 230, das Wippengelenk 200, 225 und ein wippenseitiger Abschnitt des Oberarms 200, 220 auf die Traktionsspannungs-Potenziallage 3 verschoben. - In der Ausführungsform der 6 sind gegenüber der Ausführungsform der 4 ferner das Armgelenk 200, 215 und ein wippenabseitiger Abschnitt des Oberarms 200, 220 auf die Zwischen-Potenziallage 2 verschoben.
