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Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Straßenfahrzeug nach Anspruch 7.
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Ein derartiges Fahrzeug ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2017 203 046 A1 bekannt. Es umfasst einen Stromabnehmer zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer zweipoligen, je Kontaktpol einen Fahrdraht aufweisenden Oberleitungsanlage. Der Stromabnehmer weist ein pantographenartig aufrichtbares Traggestänge auf, welches sich fahrzeugseitig auf einer Gestängebasis gelenkig abstützt und fahrdrahtseitig eine Wippenanordnung trägt. Das Traggestänge umfasst einen Unterarm sowie zwei Oberarme, die unabhängig voneinander drehbar mit dem Unterarm gelenkig verbunden sind. Die Wippenanordnung weist für jeden der beiden Kontaktpole ein Wippengestell auf. Jedes Wippengestell ist gelenkig, um jeweils eine Fahrzeugquerachse drehbar mit einem der beiden Oberarme verbunden und trägt zwei in Fahrzeuglängsachse hintereinander und parallel zur Fahrzeuglängsachse angeordnete Schleifleisten zur elektrischen Kontaktierung des dem Kontaktpol zugeordneten Fahrdrahtes.
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Derartige Stromabnehmer haben eine hohe Masse, was deren Schwingungsverhalten negativ beeinflusst, und einen komplexen Aufbau, was mit einem erhöhten Fehlerrisiko in Betrieb, Fertigung und Montage einhergeht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art mit einfacherem Aufbau und verbessertem Kontaktverhalten zur Oberleitungsanlage bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
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Ein Stromabnehmer für ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug ist zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer elektrischen Oberleitungsanlage ausgebildet und vorgesehen. Das Straßenfahrzeug kann beispielsweise als schweres Nutzfahrzeug, etwa ein Lastkraftwagen oder ein Bus, ausgebildet sein. Die Oberleitungsanlage ist zweipolig ausgebildet und weist je Kontaktpol einen Fahrdraht auf. Die Fahrdrähte sind etwa parallel zueinander und in gleicher Höhe oberhalb eines elektrifizierten Fahrstreifens einer vom Straßenfahrzeug benutzenden Fahrbahn angeordnet. Über ein Unterwerk wird ein Speiseabschnitt der Oberleitungsanlage mit elektrischer Energie versorgt, welche den Straßenfahrzeugen über die beiden Fahrdrähte bereitgestellt wird. Der Stromabnehmer umfasst ein aufrichtbares Traggestänge. Das Traggestänge kann beispielsweise pantographenartig ausgebildet sein und durch einen pneumatischen Hubantrieb aufgerichtet werden. Das Traggestänge stützt sich fahrzeugseitig über ein Basisgelenk an einer Gestängebasis ab. Es trägt fahrdrahtseitig je Kontaktpol mindestens eine Schleifleiste zur elektrischen Kontaktierung des dem jeweiligen Kontaktpol zugeordneten Fahrdrahtes. Die Schleifleisten sind horizontal und quer zu einer Fahrzeuglängsachse ausgerichtet und können aus einem länglichen Schleifstück aus Graphit bestehen, welches in einem Schleifstückträger befestigt ist. An außenseitigen Enden der Schleifstückträger können nach unten gebogene Auflaufhörner angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß weist das Traggestänge genau einen mit dem Basisgelenk verbundenen Unterarm, genau einen über ein Kniegelenk mit dem Unterarm verbundenen Oberarm und genau einen mit dem Oberarm über ein Trägergelenk verbundenen Querträger auf. Dabei ist jede der Schleifleisten jeweils über Federelemente auf dem Querträger federnd gelagert. Auf dem Querträger können sich beispielsweise je Kontaktpol zwei parallel zu einer Fahrzeugquerrichtung erstreckende und in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnete Schleifleisten federnd abstützen. Indem für die beiden Kontaktpole zwar jeweils eigene Schleifleisten aber keine getrennten Wippen, sondern nur ein gemeinsamer Querträger verwendet wird, kann erheblich an bewegter Masse des Stromabnehmers eingespart werden. Eine weitere Massereduktion des Stromabnehmers wird erzielt, indem der Querträger durch nur einen Oberarm getragen wird, anstelle der bislang bekannten zwei Oberarme, die jeweils eine dem jeweiligen Kontaktpol zugeordnete Wippe getragen haben. Durch die Teilereduktion wird die bewegte Masse des Stromabnehmers vermindert, so dass durch Vertikalschwingungen bedingte Kontaktkraftschwankungen schneller ausgeglichen werden können, was die Qualität der Anpresskraft der Schleifleisten an die Fahrdrähte verbessert und den Verschleiß der Schleifleisten reduziert. Außerdem wird durch die geringere Anzahl an Stromabnehmerkomponenten dessen Aufbau vereinfacht, was die Fehleranfälligkeit bei dessen Herstellung und Betrieb verringert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist jedem Kontaktpol genau eine Schleifleiste zugeordnet. Hierdurch kann weiter an bewegter Masse des Stromabnehmers eingespart werden, indem auf zwei Schleifleisten je Kontaktpol und auf ein diese tragendes Wippengestell verzichtet wird. Hierdurch wird nicht nur die Schwingungsdynamik des Stromabnehmers weiter verbessert, sondern auch die Komplexität seines Aufbaues vereinfacht. Vorzugsweise können in diesem Fall Schleifleisten eingesetzt werden, deren Schleifstücke eine in Fahrzeuglängsrichtung gemessene Breite von wenigstens 6 cm aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind die Federelemente als Blattfeder und/oder als Schraubenfeder ausgebildet sind. Blatt- und Schraubenfedern eignen sich aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit unterschiedlichster Federkennlinien sowie ihrer Robustheit besonders gut für den Anwendungsfall im öffentlichen Straßenraum. Es können je Schleifleiste oder Schleifleistenpaar eines Kontaktpols zwei Federelemente an gegenüberliegenden Enden der Schleifleisten angeordnet sein. Dabei können entweder nur Blattfedern oder nur Schraubenfedern oder aber Blatt- und Schraubenfedern kombiniert verwendet werden. Die Rückstellkraft beim Einfedern der Federelemente kann über eine Auswahl einer Federkonstanten beispielsweise so eingestellt werden, dass diese linear ansteigt. Durch eine Vorspannung der Federelemente kann ein minimaler Anfangswert für die Rückstellkraft vorgegeben sein. Ebenso können Anschlagelemente, zum Beispiel mit stoßabdämpfender Wirkung, den Einfederweg der Federelemente und damit die Auslenkung der Schleifleisten relativ zum Querträger begrenzen. Die Federkonstante der Federelemente wird so gewählt, dass sowohl durch Fahrzeugvibrationen eingeprägte Schleifleistenschwingungen als auch Höhenunterschiede zwischen den Schleifleisten unterschiedlicher Kontaktpole aufgrund von unterschiedlichen Fahrdrahthöhen ausgeglichen werden, um eine hohe Kontaktgüte zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten zu erreichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers weist eine Federkennlinie der Federelemente auf einem ersten Einfederweg eine erste Federkonstante und auf einem daran anschließenden zweiten Einfederweg eine zweite, gegenüber der ersten Federkonstanten größere Federkonstante auf. Der zweite Einfederweg ist für einen Überlastfall vorgesehen, auf dem durch eine stärker ansteigende Rückstellkraft Schäden am Stromabnehmer - etwa durch Aufschlagen der Schleifleisten auf den Querträger - abgefedert werden können. Um größere Höhendifferenzen zwischen den Fahrdrähten auszugleichen, kann zwischen dem ersten und zweiten Einfederweg auch noch ein weiterer Federweg liegen, auf dem beispielsweise die Rückstellkraft konstant bleibt. Diesen Effekt kann ein als Konstantkraftfeder ausgebildetes Federelement bieten. Die derart kaskadiert geschalteten Federelemente bilden eine passive und robuste Federbaugruppe mit einer selbstzentrierender Federkennlinie. Die Federbaugruppe gleicht Variationen sowohl durch Vibrationsbewegungen des Fahrzeugs im höherfrequenten Variationsbereich als auch Höhendifferenzen der Fahrdrähte im niederfrequenten Variationsbereich aus. Die einzelnen Federelemente können getrennt voreinander ersetzt werden und erlauben eine gezielte Kennlinieneinstellung der einzelnen Federstufen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers isolieren die Federelemente die Schleifleisten gegen den Querträger elektrisch. Es können die Lagerpunkte der Federelemente an den Schleifleisten und/oder am Querträger oder auch die Federelemente selbst elektrisch isolierend ausgebildet sein. In beiden Fällen können die Federelemente einen wesentlichen Teil der elektrischen Isolationsstrecke zwischen dem Hochspannungsniveau der Fahrdrähte und dem Potential des Fahrzeuggestells bilden. Des Weiteren kann die Gestängebasis des Stromabnehmers über elektrische Stützisolatoren am Straßenfahrzeug befestigt sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist ein mechanisches Brückenglied derart am Querträger montiert, dass ein Absinken eines Fahrdrahtes zwischen Schleifleisten unterschiedlicher Kontaktpole verhindert ist. Das Brückenglied kann beispielsweise als isolierender Bügel ausgebildet und derart angeordnet und geformt sein, dass ein von einer Schleifleiste in Richtig Fahrzeugmitte abrutschender Fahrdraht nicht in einen Zwischenraum zwischen benachbarten Schleifleisten unterhalb der Schleifleisten eindringen kann. Hierdurch werden ein Einfädeln eines Fahrdrahtes unter eine Schleifleiste und dadurch bedingte Beschädigungen am Stromabnehmer oder an der Oberleitungsanlage vermieden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug, umfassend einen Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile des Erfindungsgegenstands ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
- 1 eine Frontansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers,
- 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers,
- 3 den Stromabnehmer aus 1 mit einer eingefederten Schleifleiste,
- 4 eine Frontansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers,
- 5 eine erste Kennlinie von Federelementen eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers, und
- 6 eine zweite Kennlinie von Federelementen eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers
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schematisch veranschaulicht sind.
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In 1 bis 4 ist von einem nicht spurgebundenen, elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenen Straßenfahrzeug 1, etwa einem Fahrzeug des Schwerlastverkehrs, lediglich ausschnittsweise ein Fahrzeuggestell oder ein sich mittelbar oder unmittelbar darauf abstützendes anderes Fahrzeugteil angedeutet. Zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer elektrischen Oberleitungsanlage weist das Fahrzeug 1 einen Stromabnehmer 2 auf. Die Oberleitungsanlage ist zweipolig ausgebildet und weist je Kontaktpol als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte 3 und 4 auf. Der Stromabnehmer 2 weist ein in Fahrzeughochrichtung Z aufrichtbares Traggestänge 5 auf, welches als Pantograph mit einem einzigen Unterarm 6 und einem einzigen Oberarm 7 ausgeführt ist. Das Traggestänge 5 stützt sich mit seinem Unterarm 6 über ein Basisgelenk 8 an einer mit dem Straßenfahrzeug 1 fest verbundenen Gestängebasis 9 ab. Der Oberarm 7 ist mit dem Unterarm 6 über ein Kniegelenk 10 verbunden. Der Oberarm 7 ist wiederum mit einem Querträger 11 über ein Trägergelenk 12 verbunden. Basisgelenk 8, Kniegelenk 10 und Trägergelenk 12 sind als Drehgelenke ausgebildet, deren Gelenkachsen parallel zu einer Fahrzeugquerrichtung Y des Straßenfahrzeugs 1 ausgerichtet sind. Eine Koppelstange 13 ist mit der Gestängebasis 9 und dem Oberarm 7 derart gelenkig verbunden, dass beim Aufrichten des Unterarms 6 durch eine nicht dargestellte Hubvorrichtung, beispielsweise einen Luftbalg, zwangsweise auch der Oberarm 7 aufgestellt wird, wobei sich ein durch Oberarm 7 und Unterarm 6 aufgespannter Kniewinkel vergrößert. Zudem ist eine Führungsstange 14 mit dem Unterarm 6 und dem Querträger 12 derart gelenkig verbunden, dass beim Aufrichten des Traggestänges 5 der Querträger 12 so geführt ist, dass auf diesem federnd gelagerte Schleifleisten 15 den Fahrdrähten 3 bzw. 4 zugewandt bleiben. Auf den Querträger 11 sind je Kontaktpol mindestens eine, vorzugsweise genau eine Schleifleiste 15 über Federelemente 16 bzw. 17 federnd gelagert. Über die Schleifleisten 15 kontaktiert der Stromabnehmer 2 die dem jeweiligen Kontaktpol zugeordneten Fahrdrähte 3 und 4, wodurch sich während der Fahrt des Straßenfahrzeugs 1 ein elektrischer Schleifkontakt zur Energieübertragung ausbildet. Die Schleifleisten 15 sind horizontal und quer zu einer Fahrzeuglängsachse X des Straßenfahrzeugs 1 ausgerichtet. An ihren fahrzeugäußeren Enden sind an den Schleifleisten 15 nach unten gebogene Auflaufhörner 18 angeformt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 ist der Oberarm 7 T-förmig ausgebildet und weist an seinem fahrdrahtseitigen Ende ein sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckendes Scheitelrohr 19 auf. Der Querträger 11 ist über Trägergelenke 12 mit dem Scheitelrohr 19 gelenkig verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Oberarm 7 V-förmig ausgebildet und weist an seinem fahrdrahtseitigen Ende ein sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckendes Scheitelrohr 19 auf, in dem zwei Trägergelenke 12 zur Verbindung des Querträgers 11 integriert sind.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 1, 2 und 4 sind die Federelemente als Blattfedern 16 ausgebildet, im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als Schraubenfedern 17. Es können je Schleifleiste 15 zwei Federelemente 16 bzw. 17 an gegenüberliegenden Enden der Schleifleisten 15 angeordnet sein. Dabei können entweder nur Blattfedern 16 oder nur Schraubenfedern 16 oder aber Blattfedern 16 und Schraubenfedern 17 kombiniert verwendet werden.
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Die Rückstellkraft F beim Einfedern der Federelemente 16 bzw. 17 kann über eine Auswahl einer Federkonstanten K beispielsweise so eingestellt werden, dass diese gemäß 5 mit zunehmendem Einfederweg S linear ansteigt. Durch eine Vorspannung der Federelemente 16 bzw. 17 kann ein minimaler Anfangswert F0 für die Rückstellkraft vorgegeben sein. Die Federkonstante K der Federelemente 16 bzw. 17 wird so gewählt, dass sowohl durch Fahrzeugvibrationen eingeprägte Schleifleistenschwingungen als auch Höhenunterschiede zwischen unterschiedlichen Fahrdrahthöhen der Fahrdrähte 3 und 4 ausgeglichen werden, um eine hohe Kontaktgüte zwischen Schleifleisten 15 und Fahrdrähten 3 und 4 zu erreichen.
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Gemäß 6 kann die Federkennlinie KL der Federelemente 16 bzw. 17 auf einem ersten Einfederweg S1 eine erste Federkonstante K1 und auf einem daran anschließenden zweiten Einfederweg S2 eine gegenüber der ersten Federkonstanten K1 größere, zweite Federkonstante K2 aufweisen. Der zweite Einfederweg S2 ist für einen Überlastfall vorgesehen, auf dem durch eine stärker ansteigende Rückstellkraft F Schäden am Stromabnehmer 2 - etwa durch Aufschlagen der Schleifleisten 15 auf den Querträger 11 - abgefedert werden können.
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Die Federelemente 16 bzw. 17 isolieren die Schleifleisten 15 gegen den Querträger 11 elektrisch, indem beispielsweise die Lagerpunkte der Federelemente 16 bzw. 17 an den Schleifleisten 15 und/oder am Querträger 11 oder auch die Federelemente 16 bzw. 17 selbst elektrisch isolierend ausgebildet sein.
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Am Querträger 11 ist in allen Ausführungsbeispielen ein mechanisches Brückenglied 20 derart am Querträger montiert, dass ein Absinken eines Fahrdrahtes 3 oder 4 zwischen Schleifleisten 15 unterschiedlicher Kontaktpole verhindert ist. Das Brückenglied 20 kann beispielsweise als isolierender Bügel ausgebildet und derart angeordnet und geformt sein, dass ein von einer Schleifleiste 15 in Richtig Fahrzeugmitte abrutschender Fahrdraht 3 oder 4 nicht in einen Zwischenraum ZR zwischen benachbarten Schleifleisten 15 unterhalb der Schleifleisten 15 eindringen kann. Hierdurch werden ein Einfädeln eines Fahrdrahtes 3 oder 4 unter eine Schleifleiste 15 und dadurch bedingte Beschädigungen am Stromabnehmer 2 oder an der Oberleitungsanlage vermieden.
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Kern der Erfindung ist die erzielte Reduktion der bewegten Masse eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers, wodurch schwankende Kontaktkräfte schneller ausgeglichen werden können. Durch die verbesserte Qualität der Andruckkraft wird auch der Verschleiß der Schleifleisten 15 reduziert. Durch die Reduktion an Bauteilen werden auch Fehler bei der Fertigung, der Montage und dem Betrieb eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers 2 reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017203046 A1 [0002]
