DE102021209292A1 - Device for energy and/or signal transmission and rail vehicle comprising such a device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen einem ersten Element (2) und einem relativ dazu bewegbaren zweiten Element (3) umfassend eine Rolle (40) aus einem stromleitenden Material, wobei die Rolle (40) um eine Achse (42) drehbar gelagert ist, und wobei zwischen der Rolle (40) und der Achse (42) ein Wälzlager (44) angeordnet ist und eine Energie- und/oder Signalübertragung über Wälzkörper (444) des Wälzlagers (44) erfolgt. Die Erfindung betrifft weiter ein Schienenfahrzeug und ein System umfassend eine derartige Vorrichtung (4).The invention relates to a device (4) for energy and/or signal transmission between a first element (2) and a second element (3) movable relative thereto, comprising a roller (40) made of an electrically conductive material, the roller (40) being an axle (42) is rotatably mounted, and a roller bearing (44) is arranged between the roller (40) and the axle (42) and energy and/or signals are transmitted via roller bodies (444) of the roller bearing (44). The invention further relates to a rail vehicle and a system comprising such a device (4).
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Signalübertragung und ein Schienenfahrzeug umfassend eine derartige Vorrichtung.The invention relates to a device for energy and/or signal transmission and a rail vehicle comprising such a device.
Die Vorrichtung dient insbesondere einer Energie- und/oder Signalübertragung zwischen einem ersten Element, beispielsweise einem feststehenden Element, und einem relativ zu dem ersten Element bewegten zweiten Element. Bei dem ersten Element handelt es sich beispielsweise um eine Schiene und bei dem zweiten Element um ein Schienenfahrzeug.The device is used in particular for energy and/or signal transmission between a first element, for example a stationary element, and a second element which is moved relative to the first element. The first element is, for example, a rail and the second element is a rail vehicle.
Aus
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine wartungs - und verschleißarme Vorrichtung zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen einem ersten Element und einem relativ dazu bewegbaren zweiten Element zu schaffen. Es sind weitere Aufgaben der Erfindung, ein Schienenfahrzeug und ein System mit einer derartigen Vorrichtung zu schaffen.It is the object of the invention to provide a low-maintenance and low-wear device for energy and/or signal transmission between a first element and a second element that can be moved relative thereto. It is further objects of the invention to provide a rail vehicle and a system with such a device.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These objects are achieved by the device having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen einem ersten Element und einem relativ dazu bewegbaren zweiten Element geschaffen, welche eine Rolle aus einem stromleitenden Material und eine Achse umfasst, wobei die Rolle um die Achse drehbar gelagert ist. Die Vorrichtung umfasst ein zwischen der Rolle und der Achse angeordnetes ein Wälzlager, wobei eine Energie- und/oder Signalübertragung über Wälzkörper des Wälzlagers erfolgt.According to a first aspect, a device for energy and/or signal transmission between a first element and a second element movable relative thereto is created, which comprises a roller made of an electrically conductive material and an axis, the roller being rotatably mounted about the axis. The device comprises a roller bearing arranged between the roller and the axle, energy and/or signals being transmitted via roller bodies of the roller bearing.
Im Unterschied zu herkömmlichen Vorrichtungen erfolgt eine Energie- und/oder Signalübertragung nicht über einen schleifenden Kontakt, sondern über einen rollenden Kontakt an den Wälzkörpern.In contrast to conventional devices, energy and/or signals are not transmitted via a sliding contact, but via a rolling contact on the rolling elements.
Die Bauform des Wälzlagers ist je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar. Das Wälzlager ist in einer Ausgestaltung als Kugellager gestaltet. In anderen Ausgestaltungen ist ein Zylinderrollenlager vorgesehen. Die Gestaltung des Wälzlagers ist in einer Ausgestaltung einreihig, in anderen Ausgestaltungen sind mehrreihige Wälzlager vorgesehen.The design of the roller bearing can be suitably selected by the specialist depending on the application. In one embodiment, the roller bearing is designed as a ball bearing. In other configurations, a cylindrical roller bearing is provided. In one configuration, the roller bearing is configured as a single row, in other configurations there are multiple row roller bearings.
Das Wälzlager weist in vorteilhaften Ausgestaltungen Lagerringe, insbesondere einen mit der Rolle verbundenen Außenring und einen mit der Achse verbundenen Innenring auf. In anderen Ausgestaltungen dienen die Rolle und/oder die Achse als Lagerring. In vorteilhaften Ausgestaltungen weist die Achse einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf. In einer Ausgestaltung umfasst das Wälzlager einen mit der Achse verbundenen Innenring, wobei ein Kern des Innenrings und die Achse zueinander komplementäre, rotationssymmetrische oder nicht-rotationssymmetrische Querschnitte aufweisen. In einer anderen Ausgestaltung umfasst das Wälzlager einen Innenring, wobei ein Kern des Innenrings und die Achse zueinander nicht komplementäre Querschnitte aufweisen, beispielsweise Querschnitte unterschiedlicher Durchmesser, und wobei zwischen dem Innenring und der Achse ein als Adapter fungierendes Zwischenelement, insbesondere eine Buchse vorgesehen ist.In advantageous configurations, the roller bearing has bearing rings, in particular an outer ring connected to the roller and an inner ring connected to the axle. In other configurations, the roller and/or the axle serve as a bearing ring. In advantageous configurations, the axis has a rotationally symmetrical cross section. In one embodiment, the roller bearing comprises an inner ring connected to the axle, with a core of the inner ring and the axle having mutually complementary, rotationally symmetrical or non-rotationally symmetrical cross sections. In another embodiment, the roller bearing comprises an inner ring, with a core of the inner ring and the axle having cross-sections that are not complementary to one another, for example cross-sections of different diameters, and with an intermediate element functioning as an adapter, in particular a bushing, being provided between the inner ring and the axle.
Die Begriffe erstes Element und zweites Element dienen lediglich zur Unterscheidung und geben keine Reihenfolge der Elemente an.The terms first element and second element are used for distinction only and do not indicate any order of elements.
Die Rolle rollt im Gebrauch an einem Gegenelement ab. Dabei ist in einer Ausgestaltung ein feststehendes Gegenelement vorgesehen, wobei die Rolle entlang des feststehenden Gegenelements abrollt. In anderen Ausgestaltungen ist die Vorrichtung an einem feststehenden Element angeordnet, wobei ein bewegtes Gegenelement entlang der Rolle geführt wird.During use, the roll rolls off a counter-element. In one embodiment, a stationary counter-element is provided, with the roller rolling along the stationary counter-element. In other configurations, the device is arranged on a stationary element, with a moving counter-element being guided along the roller.
Die Rolle ist aus einem stromleitenden Material. Das stromleitende Material ist je nach Anwendungsfall geeignet durch den Fachmann wählbar. In Ausgestaltungen der Vorrichtung ist das stromleitende Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kupfer und Kupferlegierungen, Sintermetalle mit und ohne Zusätze, Edelstahl, Silber und/oder beschichtete Kunststoffe mit und ohne Zusätze gefertigt.The roller is made of an electrically conductive material. Depending on the application, the electrically conductive material can be selected by a person skilled in the art. In configurations of the device, the electrically conductive material is selected from the group comprising copper and copper alloys, sintered metals with and without additives, stainless steel, silver and/or coated plastics with and without additives.
Die Vorrichtung umfasst eine Aufhängung für die Achse mit einem Achshalter. In einer Ausgestaltung umfasst die Aufhängung ein auf den Achshalter wirkendes, den Achshalter in Richtung eines freien Endes zwingendes Kraftelement, insbesondere ein Federelement. Als freies Ende des Achshalters wird dabei ein in Gebrauch in Richtung eines Gegenelements weisendes Ende bezeichnet. Mittels des Kraftelements ist die Rolle somit im Gebrauch an ein Gegenelement, an welchem die Rolle abrollt, zwingbar. Dadurch wird ein Abheben der Rolle von dem Gegenelement und/oder ein Kontaktverlust zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen oder - sofern die Rolle oder die Achse als Lagerring fungieren - zwischen den Wälzkörpern und der Rolle und der Achse verhindert. Durch die mittels des Kraftelements auf das Vorrichtung im Gebrauch aufgebrachte Vorspannung wird so eine Unterbrechung der Energie- und/oder Signalübertragung aufgrund eines kurzfristigen Kontaktverlusts verhindert.The device includes a suspension for the axle with an axle holder. In a form The suspension comprises a force element acting on the axle holder and forcing the axle holder in the direction of a free end, in particular a spring element. An end pointing in the direction of a counter-element during use is referred to as the free end of the axle holder. By means of the force element, the roller can thus be forced during use onto a counter-element on which the roller rolls. This prevents the roller from lifting off the counter element and/or a loss of contact between the rolling elements and the bearing rings or--if the roller or the axle acts as a bearing ring--between the rolling elements and the roller and the axle. The prestress applied to the device during use by means of the force element thus prevents an interruption in the energy and/or signal transmission due to a short-term loss of contact.
Die Begriffe „ein“, „eine“, „eines“ etc. werden im Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Insbesondere umfasst die Aufhängung in einer Ausgestaltung mehr als ein Kraftelement.The terms "a", "an", "an" etc. are used in connection with the application only as indefinite articles and not as measure words. In particular, in one embodiment, the suspension comprises more than one force element.
Alternativ oder zusätzlich ist in einer Ausgestaltung in dem Wälzlager ein stromleitendes Medium, insbesondere eine Kupferpaste, vorgesehen. Mittels des stromleitenden Mediums kann eine Funkenbildung aufgrund eines kurzfristigen Kontaktverlusts in dem Wälzlager verhindert werden.Alternatively or additionally, in one configuration, a current-conducting medium, in particular a copper paste, is provided in the roller bearing. By means of the current-conducting medium, sparking due to a short-term loss of contact in the roller bearing can be prevented.
In noch einer weiteren Ausgestaltung ist ein in Radialrichtung vorgespanntes Wälzlager zwischen der Achse und der Rolle vorgesehen. Die Vorspannung in Radialrichtung ist dabei derart gewählt, dass ein Kontaktverlust zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen im Gebrauch verhindert ist.In yet another embodiment, a radially preloaded roller bearing is provided between the axle and the roller. The preload in the radial direction is selected in such a way that a loss of contact between the rolling elements and the bearing rings is prevented during use.
In einer Ausgestaltung ist die Achse ebenfalls aus einem stromleitenden Material, wobei an der Achse eine Leitung für eine Energie- und/oder Signalübertragung angebracht. Die Leitung ist dabei in einer Ausgestaltung mit der Achse verschweißt, verlötet, verklebt und/oder verpresst. In anderen Ausgestaltungen ist eine lösbare Verbindung vorgesehen. In anderen Ausgestaltungen ist die Achse aus einem nichtleitenden Material, wobei die Leitung mit dem Lagerring und/oder mit einem mit dem Lagerring leitend verbundenen Zwischenelement, insbesondere einer zwischen dem Lagerring und der Achse angeordneten Buchse, angebracht ist.In one embodiment, the axis is also made of an electrically conductive material, with a line for energy and/or signal transmission being attached to the axis. In one embodiment, the line is welded, soldered, glued and/or pressed to the axle. In other configurations, a detachable connection is provided. In other configurations, the axle is made of a non-conductive material, the line being attached to the bearing ring and/or to an intermediate element which is conductively connected to the bearing ring, in particular a bushing arranged between the bearing ring and the axle.
Die Leitung ist in einer Ausgestaltung in den Achshalter der Aufhängung der Achse eingebettet. Dabei ist in einer Ausgestaltung ein Achshalter aus einem nichtleitfähigen Material vorgesehen, wobei in einer Ausgestaltung eine nicht ummantelte oder eingegossene Leitung vorgesehen ist. An einer Außenseite des Achshalters ist in einer Ausgestaltung eine Abschlussstelle für einen Stromabnehmer vorgesehen.In one embodiment, the line is embedded in the axle holder of the suspension of the axle. In one embodiment, an axle holder made of a non-conductive material is provided, with an uncoated or cast-in line being provided in one embodiment. In one embodiment, a termination point for a pantograph is provided on an outside of the axle holder.
Das Wälzlager weist in einer Ausgestaltung in Axialrichtung eine Abdichtung aus einem nichtleitenden Material auf.In one configuration, the roller bearing has a seal made of a non-conductive material in the axial direction.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Schienenfahrzeug geschaffen, umfassend eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Signalübertragung mit einer Rolle aus einem stromleitenden Material, einer Achse und einem zwischen der Rolle und der Achse angeordneten Wälzlager, wobei die Rolle mittels des Wälzlagers um die Achse drehbar gelagert ist, und wobei eine Energie- und/oder Signalübertragung über Wälzkörper des Wälzlagers erfolgt. Die Rolle rollt im Gebrauch beispielsweise an einer Stromschiene ab, welcher an einer Schiene für das Schienenfahrzeug vorgesehen ist.According to a second aspect, a rail vehicle is created, comprising a device for energy and/or signal transmission with a roller made of an electrically conductive material, an axle and a roller bearing arranged between the roller and the axle, the roller being rotatable about the axle by means of the roller bearing is stored, and wherein an energy and / or signal transmission takes place via rolling elements of the rolling bearing. During use, the roller rolls off, for example, on a conductor rail which is provided on a rail for the rail vehicle.
Wie erwähnt, werden die Begriffe „ein“, „eine“, „eines“ etc. im Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Insbesondere weist das Schienenfahrzeug in einer Ausgestaltung für eine Energieübertragung zwei Vorrichtungen auf, welche mit zwei Phasen einer Stromversorgung verbindbar sind. In einer anderen Ausgestaltung dient das Vorrichtung einer Signalübertragung, wobei an dem Schienenfahrzeug nur eine Vorrichtung vorgesehen ist. In wieder anderen Ausgestaltungen ist eine paarweise Anordnung der Vorrichtung für eine unterbrechungsfreie Energie- oder Signalübertragung vorgesehen.As mentioned, the terms "a", "an", "an" etc. are used in connection with the application only as indefinite articles and not as measure words. In particular, in one configuration for energy transmission, the rail vehicle has two devices which can be connected to two phases of a power supply. In another embodiment, the device is used for signal transmission, with only one device being provided on the rail vehicle. In yet other configurations, the device is arranged in pairs for an uninterrupted transmission of energy or signals.
Das Schienenfahrzeug ist in einer Ausgestaltung ein fahrerloses Schienenfahrzeug.In one embodiment, the rail vehicle is a driverless rail vehicle.
Die Verwendung der Vorrichtung ist jedoch nicht auf den Einsatz in einem Schienenfahrzeug beschränkt und es sind zahlreiche Einsatzbereiche denkbar.However, the use of the device is not limited to use in a rail vehicle and numerous areas of use are conceivable.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System umfassend ein erstes Element, ein relativ dazu bewegbares zweites Element und eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element geschaffen.According to a third aspect, a system comprising a first element, a second element movable relative thereto and a device for energy and/or signal transmission between the first element and the second element is created.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das nachfolgend anhand der Figuren erläutert ist. Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine Draufsicht auf ein System umfassend ein feststehendes Element und ein relativ dazu bewegbares Element mit vier Vorrichtungen zur Energie- oder Signalübertragung und -
2 schematisch einen Ausschnitt des System gemäß1 in einer teilweise freigeschnittenen Darstellung.
-
1 schematically shows a plan view of a system comprising a fixed element and an element movable relative thereto with four Devices for energy or signal transmission and -
2 schematically a section of the system according to1 in a partially cropped view.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Das dargestellte feststehende Element 2 ist eine Stromschiene und das relativ dazu bewegbare Element 3 ist ein nur abschnittsweise dargestelltes Schienenfahrzeug, welches in Längsrichtung der Stromschiene - wie schematisch durch einen Doppelpfeil angedeutet - bewegbar ist. Für eine Bewegung des Schienenfahrzeugs entlang der Stromschiene sind dabei in den Fig. nicht dargestellte Laufrollen vorgesehen.The fixed
Die Vorrichtungen 4 für eine Energieübertragung an das bewegbare Element 3 sind jeweils paarweise angeordnet, wobei jeweils zwei in Bewegungsrichtung des bewegbaren Element 3 versetzt angeordnete Vorrichtungen 4 mit einem Pol 51, 52 einer Anschlussbuchse 5 verbunden sind. Die Vorrichtungen 4 dienen jeweils der Energieübertragung zwischen dem als Stromschiene gestalteten feststehenden Element 2 und der Anschlussbuchse 5 an dem relativ zu der Stromschiene bewegbaren, als Schienenfahrzeug gestalteten zweiten Element 3, wobei durch die paarweise Anordnung eine unterbrechungsfreie Energieübertragung an die Pole 51, 52 der Anschlussbuchse 5 in Kurvenfahrten und/oder an Weichen des Schienenfahrzeugs sichergestellt ist. In anderen Ausgestaltungen sind für eine Energieübertragung nur zwei Vorrichtungen 4 vorgesehen, wobei auf eine paarweise Anordnung verzichtet wird.The
Die Vorrichtungen 4 umfassend jeweils eine Rolle 40 aus einem stromleitenden Material, eine Achse 42 und ein zwischen der Rolle 40 und der Achse 42 angeordnetes Wälzlager 44 (s.
Das dargestellte Wälzlager 44 umfasst einen mit der Rolle 40 verbundenen Lagerring 440, auch als Außenring bezeichnet, und einen mit der Achse 42 verbundenen Lagerring 442, auch als Innenring bezeichnet. Zwischen der Achse 42 und dem Lagerring 442 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Buchse 43 vorgesehen. Die Achse 42 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser auf, welcher kleiner ist als ein Innendurchmesser des Lagerrings 442, wobei die Buchse 43 als Adapter zwischen dem Lagerring 442 und der Achse 42 dient. In anderen Ausgestaltungen ist ein Innendurchmesser des Lagerrings 442 in etwa gleich einem Außendurchmesser der Achse 42, sodass eine Buchse 43 entfallen kann.The
Zwischen den Lagerringen 440, 442 sind die Wälzkörper 444 angeordnet. Die schematisch dargestellten Wälzkörper 444 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugeln gestaltet. In anderen Ausgestaltungen sind andere Wälzkörper vorgesehen.Between the bearing rings 440, 442, the rolling
Wie in
Die Vorrichtung 4 umfasst weiter eine Aufhängung 46, mittels welcher die Achse 42 an einem Gehäuse 30 abgestützt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Aufhängung einen Achshalter 460, welcher beweglich auf einer fest mit dem Gehäuse 30 verbundenen Führungsstange 32 (vgl.
Die dargestellte Aufhängung 46 umfasst weiter ein auf den Achshalter 460 wirkendes Kraftelement, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Federelement 462 gestaltet ist, wobei der Achshalter 460 mittels des Federelements 462 in Richtung seines freien Endes gezwungen ist. Dadurch wird der Achshalter 460 und damit die Rolle 40 im Gebrauch in Richtung des feststehenden Elements 2 gezwungen, sodass ein Kontaktverlust zwischen der Rolle 40 und dem feststehenden Element 2 und somit eine Unterbrechung der Energie- und/oder Signalübertragung aufgrund eines kurzfristigen Kontaktverlusts verhindert wird.The
Wie oben beschrieben, sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Vorrichtungen 4 paarweise angeordnet, wobei jeweils zwei Vorrichtungen 4 mit einem Pol 51, 52 einer Anschlussbuchse 5 verbunden sind. Die Achshalter 460 sind aus einem nichtleitenden, isolierenden Material. Die Vorrichtungen 4 umfassen zur Verbindung mit den Polen 51, 52 jeweils Leitungen 48, welche in den Achshaltern 460 eingebettet sind. Die Leitungen 48 sind mit den Achsen 42 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. An Außenseiten der Achshalter 460 sind Anschlüsse für Leitungen 50 zu den Polen 51, 52 vorgesehen.As described above, in the illustrated embodiment, the
Das dargestellte System 1 umfassend ein als Schienenfahrzeug gestaltetes bewegbares Element 3 ist lediglich beispielhaft und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung der Vorrichtungen 4 in einem Schienenfahrzeug beschränkt.The
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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