DE10219945A1

DE10219945A1 - Wippe für Stromabnehmer

Info

Publication number: DE10219945A1
Application number: DE10219945A
Authority: DE
Inventors: Josef Santner
Original assignee: Schunk Bahntechnik GmbH
Current assignee: Schunk Bahntechnik GmbH
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-27
Also published as: DE10219945A8

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wippe (10) für einen Stromabnehmer für elektrisch betriebene Fahrzeuge, umfassend zwei quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende untereinander über in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Tragelemente (16, 18) verbundene Schleifleisten (12, 14), wobei die Tragelemente mit einem Scheitelrohr (20) quer zur Fahrzeuglängsachse verbunden sind. Damit der Staudruck zu einer Wippenverstellung merklich nicht führt, ist vorgesehen, dass das Tragelement (16, 18) rohrförmig ausgebildet ist und dass sich innerhalb des rohrförmig ausgebildeten Tragelementes eine Welle (28) erstreckt, die gegen ein axiales Verschieben gesichert und mit der Schleifleiste (12, 14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wippe für Stromabnehmer für elektrisch betriebene Fahrzeuge umfassend zwei quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende untereinander über in Fahrzeuglängsachse verlaufende Tragelemente verbundene Schleifleisten, wobei die Tragelemente mit einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Tragorgan wie Scheitelrohr verbunden sind.

Eine entsprechende Wippe für Stromabnehmer ist der DE 42 19 112 A1 zu entnehmen. Dabei sind die Tragelemente als Druckstäbe ausgebildet, von denen elastische Zugmittel ausgehen, die zu dem Tragorgan in Form eines Scheitelrohres führen. Als Zugmittel kommen gewellte Flachfedern, elastische Druckstäbe o. ä. in Frage. Durch die Wahl der Zugmittel ist eine feste Federkennlinie vorgegeben, die gewünschte Veränderungen der von den Schleifleisten auf einen Fahrdraht ausübenden Drücke nicht ermöglichen. Von besonderem Nachteil ist des Weiteren, dass in Abhängigkeit von dem auf die Wippe einwirkendem Staudruck eine Verschiebung der Wippe derart erfolgt, dass die von dem Scheitelrohr ausgehenden und mit dem Wippenrahmen verbundenen Federn unterschiedlich gespannt sind. Dies wiederum bedeutet, dass die Schleifleisten bzw. Schleifstücke mit unterschiedlichen Drücken an einem Fahrdraht anliegen.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Wippe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass aerodynamische Einflüsse (Staukräfte) auf die Arbeitsweise der Wippe minimiert bzw. eliminiert wird.

Es soll verhindert werden, dass die auf die Schleifleiste wirkende Staudruckkraft einen Einfluss auf die Arbeit der Wippenfeder nimmt. Das heißt, es soll durch die Staudruckkraft keine auf die Wippenfeder wirkende Kraftkomponente entstehen, welche von der Feder zusätzlich zur Anpresskraft aufgenommen werden müsste.

Auch soll nach einem Aspekt der Erfindung verhindert werden, dass durch die Einwirkung von Staudruck ein Kippen bzw. Drehen der Wippe um die quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Drehachse erfolgt.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass innerhalb des rohrförmig ausgebildeten Tragelementes eine Welle angeordnet ist, die gegen ein axiales Verschieben gesichert und mit der Schleifleiste verbunden ist. Insbesondere ist die Schleifleiste mit der Welle über eine Hebelverbindung verbunden, die sich in einer quer zur Fahrzeuglächsachse verlaufenden Ebene erstreckt.

Dabei gehen von jedem Tragelement zwei Wellen aus, wobei jede Welle über eine Hebelverbindungen mit einem Endbereich einer der Schleifleisten bzw. Schleifstückträger.

Durch die erfindungsgemäße Lehre wird die Staudruckkraft durch die axiale Lagerung der Welle aufgenommen, so dass ein Verschieben der Schleifleisten in Bezug auf das Tragorgan in Richtung der Fahrzeuglängsachse ausgeschlossen ist.

Die vom Fahrdraht auf die Schleifleiste und damit Schleifstückträger wirkenden Anpresskräfte werden über die Hebel- bzw. Winkelhebelverbindungen auf die jeweilige Welle übertragen. Somit wirken auf die innerhalb des auch als Tragrohr zu bezeichnenden Tragelementes gelagerten Wellen Drehmomente ein, die über Federelemente in gewünschtem Umfang kompensiert werden. Hierdurch wird erreicht, dass im erheblichen Umfang die Anpresskräfte nicht von der Verstellfeder des Stromabnehmers aufgenommen werden müssen. Die entsprechende Feder muss vielmehr erst Kraftspitzen aufnehmen.

Um das auf die Welle übertragene Drehmoment abzufedern, sieht die Erfindung vor, dass die Welle in dem Tragelement drehbar gelagert und mit einem einer Drehbewegung entgegengerichteten Federelement verbunden ist. Dabei kann es sich bei dem Federelement um eine Drehfeder handeln, die einerseits an der Welle und andererseits an bzw. in dem Tragelement wie an einem Lagerbock der Welle fixiert ist. Auch kann als Federelement ein Torsionsfederstab eingesetzt werden.

Für die Abstimmung der Federung auf unterschiedliche Randbedingungen wie z. B. Schleifstückgewicht, geforderte Anpresskraft oder geforderte Federungsprogression kann das Federelement entsprechend angepasst werden. Dabei kann die Feder so ausgelegt werden, dass sich eine Nichtlinearität derart ergibt, dass bei größeren Drehmomenten die Steifigkeit der Feder zunimmt. Um eine progressive Federkennlinie zu erreichen, kann gegebenenfalls zusätzlich ein weiteres Federelement wie Biegefeder oder Federstab integriert werden, der von einem bestimmten Drehwinkel der Welle ab eingreift und somit die gesamte Federkonstante verändert bzw. erhöht.

Um die Drehbewegung der Welle einzuschränken, ist des Weiteren vorgesehen, dass von der Welle ein Vorsprung wie Stift ausgeht, der zwischen zwei ortsfesten von dem Tragelement ausgehenden Endanschlägen verläuft.

Die Hebel- bzw. Winkelverbindung besteht aus einem von dem Schleifstückträger ausgehenden Tragarm und einem mit diesem gelenkig verbundenen Schwenkhebel, der seinerseits mit der Welle verbunden ist. Dabei schließen Tragarm und Schwenkhebel im Normalbetrieb vorzugsweise einen stumpfen Winkel der Wippe ein, wobei sich der Winkel bei zunehmendem Federweg ändert.

Die auf die Welle einwirkenden Drehmomente entgegenwirkenden Federn bzw. Federpakete sind in den Tragelementen angeordnet und somit geschützt. Gleichzeitig ergibt sich insbesondere bei einem Hochgeschwindigkeitseinsatz der Vorteil, dass eine unerwünschte Lärmemission (Aeroakustik) unterbunden wird und zusätzlich eine Vergrößerung des Luftwiderstandes (Aerodynamik) unterbleibt.

Des Weiteren kann durch Wahl der Länge des rohrförmigen Tragelementes - auch Tragrohr genannt - der Schleifstückabstand vorgegeben werden. Auch kann problemlos eine Federeinstellung zur Adaption an Anpresskräfte erfolgen.

Nach einem eigenerfinderischen Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tragelemente oder Tragrohre, in denen die Drehfedern angeordnet sind, mittels Schräglenkerhebel an dem auch als Scheitelgelenkwelle zu bezeichnenden Scheitelrohr angelenkt sind. Dabei sind die Anlenkpunkte zwischen den Schräglenkerhebeln und einerseits mit dem Tragelement oder -rohr und andererseits mit der Scheitelgelenkwelle bzw. dem Scheitelrohr so gewählt, dass Schnittpunkt der Verlängerungen der jeweiligen Anlenkpunkte zu einem fiktiven Drehpunkt führt, um die sich die Wippe dreht, wobei der fiktive Drehpunkt höhenmäßig so ausgerichtet sein sollte, dass dieser in etwa in derselben Höhe verläuft, in der der Schwerpunkt der projizierten Wippenfrontfläche bzw. Angriffspunkt der Staudruckkraft verläuft. Somit kann die Staudruckkraft kein bzw. nur ein minimales Drehen bzw. Rotieren der Wippe bewirken.

Mit anderen Worten kann ein Rotieren bzw. Schwenken der Wippe verursacht durch hohe Staudruckkräfte im Hochgeschwindigkeitsbetrieb weitgehend verhindert bzw. stark minimiert werden. Somit wird eine ungleichmäßige Anpresskraftverteilung zwischen den Schleifleisten und dem Fahrdraht vermieden. Nach dem Stand der Technik können entsprechende ungleichmäßige Anpresskraftverteilungen allein durch den Einsatz von sogenannten Windleitblechen bzw. Staublechen verhindert werden.

Die erfindungsgemäße Lehre unterscheidet sich von den vorbekannten Wippen insbesondere dadurch, dass voneinander unabhängige Federn zum Kompensieren von Schwankungen der Anpresskraft genutzt werden, also eine Kopplung untereinander unterbleibt. Des Weiteren erfolgt eine Schräglenkeraufhängung derart, dass der Staudruckeinfluss auf die Anpresskraftverteilung zwischen den Schleifleisten weitgehend eliminiert wird.

Erfindungsgemäß wird eine Rotationsfederwippe zur Verfügung gestellt, bei der die zu federnde Masse über vier Federpakete abgefedert wird. Die Anpresskraft, die auf die Schleifleisten wirkt, wird über Hebelverbindungen auf in Fahrtrichtung verlaufende Wellen übertragen, die im Inneren von rohrförmigen Tragelementen wie -rohren gelagert sind. Dabei werden auf die Wellen eingeleitete Drehmomente über Drehfedern abgefedert.

Außerdem arbeitet die erfindungsgemäße Wippe nach dem Schräglenkerprinzip. Dies bedeutet, dass das Tragrohr, das das gesamte Federpaket enthält, mittels Schräglenkerhebel an der Scheitelgelenkwelle oder an dem Scheitelrohr aufgehängt ist. Hierdurch bedingt kann der Einfluss der Staudruckkraft auf die Anpresskraftaufteilung zwischen den Schleifleisten minimiert bzw. eliminiert werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Auführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Wippe eines Stromabnehmers,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Wippe gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 ein in vergrößerter Darstellung und im Ausschnitt dargestelltes Regelelement für eine Schleifleiste der Wippe nach den Fig. 1 und 2.
In den Fig. 1 und 2 ist rein prinzipiell eine Wippe 10 eines Stromabnehmers für elektrisch betriebene Fahrzeuge dargestellt, die in bekannter Weise parallel zueinander und querzur Fahrzeuglängsachse verlaufende Schleifleisten 12, 14 aufweist, die ihrerseits aus Schleifstückträgern und von diesen aufgenommenen Schleifstücken bestehen kann. Die Schleifleisten 12, 14 mit nicht näher bezeichneten Auflaufhörnern sind ihrerseits über Tragrohre 16, 18 mit einer Scheitelgelenkwelle oder einem Scheitelrohr 20 verbunden, das seinerseits mit dem Oberarm des Stromabnehmers 10 gelenkig verbunden ist.
Auf die Wippe 10, d. h. die Schleifstücke der Schleifleisten 12, 14 wirken von einem nicht dargestellten Fahrdraht stammende Anpresskräfte Fa. Des Weiteren wirkt auf die Wippe ein Staudruck F_aero, wobei wirksamer Angriffspunkt des Staudrucks F_aero ungefähr mit dem Fläschenschwerpunkt der Wippe 10 zusammenfällt. Um ein Verstellen der über das Tragrohr 18 verbundenen Schleifleisten 12, 14 zu dem Scheitelrohr 20 auszuschließen, bei gleichzeitiger Abfederung der auf die Schleifleisten 12, 14 einwirkenden Anpresskraft F_a, folgende Konstruktion vorgesehen.
Die Schleifleisten 12, 14 sind über Hebelverbindungen 24, 26 jeweils mit einer Welle 28 verbunden, die in dem Tragrohr 18 axial und radial gelagert sind. Dabei nimmt jedes Tragrohr 16, 18 jeweils zwei Wellen 28 auf. Die Welle 28 ist derart in dem Tragrohr 18 angeordnet, dass deren Axiallagerung die Staudruckkraft F_aero aufnimmt. Gleichzeitig kann jedoch das über die Hebelverbindung 24 bzw. 26 auf die Welle 28 übertragenen Drehmomente im erforderlichen Umfang kompensiert bzw. abgefedert werden. Das Gegendrehmoment wird dabei über eine die Welle 28 umgebende Feder wie Schraubenfeder 34 erzeugt, die einerseits fest mit der Welle 28 verbunden ist und andererseits in dem Tragrohr 18 fixiert ist, und zwar nach dem Ausführungsbeispiel in einem Lagerbock 36 für die Welle 28. Der Lagerbock 36 wird dabei von einem Wellenende 30 der Welle 28 durchsetzt. Auch erkennt man durch den in dem Lagerbock 36 im oberen Teil eingezeichneten Kreis 40 das Ende der Schraubenfeder 34. Das mit der Welle 28 fest verbundene Ende 42 der Schraubenfeder 34 wird in einer Scheibe 44 festgelegt, die ihrerseits fest mit der Welle 28 verbunden ist.
Von dem Wellenende 30 geht des Weiteren ein Stift oder Stabelement 46 aus, das sich zwischen Festanschlägen 48, 50 erstreckt, die vom Inneren des Trägerrohrs 18 ausgehen. Hierdurch wird der maximale Drehwinkel der Welle 28 vorgegeben.
Um bei eingeleitetem Drehmoment M_d die diesem entgegengerichtete Federkraft zu erhöhen, ist vorgesehen, dass von der Welle 28 ein zweites Scheibenelement 52 mit Vorsprüngen 54, 56 ausgeht, zwischen denen sich ein in Längsrichtung des Tragrohres 18 erstreckendes weiteres Federelement 58 wie Stabfeder oder Federstab erstreckt. Gelangt einer der Vorsprünge 54, 56 mit dem Federelement 58 in Berührung, so wird hierdurch die auf die Welle 28 einwirkende Gesamtfederkraft erhöht.
Alternativ oder ergänzend könnte die Welle 28 auch mit einem das Gegendrehmoment erzeugende Federelement mit nicht linearer Kennlinie verbunden werden. Als Federelement kommt auch ein Torsionsfederstab in Frage. Andere gleichwirkende Elemente sind gleichfalls von der erfindungsgemäßen Lehre erfasst.
Die Welle 28 ist ihrerseits mit einer der von den Schleifleisten 12, 14 ausgehenden Hebelverbindung 24, 26 verbunden, und zwar mit deren Schwenkhebel 60, 62, der seinerseits gelenkig mit einem Tragarm 64, 66 verbunden ist, der an der Schleifleiste 12, 14 angelenkt ist. Dabei schließt der Tragarm 64, 66 mit dem starr mit der Welle 28 verbundenen Schwenkhebel 60, 62 einen Winkel von in etwa 90°, vorzugsweise einen stumpfen Winkel ein.
Zur Abstimmung der Federung auf unterschiedliche Randbedingungen wie z. B. Schleifstückgewicht, geforderte Anpresskraft F_a oder geforderte Federungsprogression kann das im Ausführungsbeispiel aus der Schraubenfeder 34 und dem Federstab 58 zusammengesetzte Federsystem entsprechend angepasst werden.
Die Tragrohre 16, 18 sind mit dem Scheitelrohr 20 über Schräglenkeraufhängungen 68,70 verbunden, die aus gelenkig einerseits mit dem Tragrohr 18 und andererseits mit dem Scheitelrohr 20 verbundene Hebel 72, 74 bestehen, wobei die Verlängerung von die Anlenkpunkte durchsetzenden Geraden sich in einem fiktiven Drehpunkt 76 der Wippe 10 schneiden, der in der Höhe des Angriffspunkt der Staudruckkraft F_aero verläuft. Hierdurch wird auch bei hohen Staudruckkräften ein sogenanntes Drehen bzw. Rotieren der Wippe 10 unterbunden, wodurch wiederum ungleichmäßige Anpresskraftverteilungen auf die Schleifleisten 12, 14 bzw. die Schleifstücke unterbunden werden.

Claims

1. Wippe (10) für einen Stromabnehmer für elektrisch betriebene Fahrzeuge, umfassend zwei quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende untereinander über in Fahrzeuglängsachse verlaufende Tragelemente (16, 18) verbundene Schleifleisten (12, 14), wobei die Tragelemente mit einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufendem Tragorgan wie Scheitelrohr (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (16, 18) rohrförmig ausgebildet ist und dass sich innerhalb des rohrförmig ausgebildeten Tragelementes eine Welle (28) erstreckt, die gegen ein axiales Verschieben gesichert und mit der Schleifleiste (12, 14) verbunden ist.

2. Wippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifleiste (12, 14) mit der Welle (28) über eine Hebelverbindung (24, 26) verbunden ist, die sich in einer quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Ebene erstreckt.

3. Wippe nach insbesondere Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (28) in dem Tragelement (16, 18) drehbar gelagert und mit einem Federelement (34) verbunden ist, das ein einem von der Hebelverbindung (24, 26) auf die Welle übertragenen Drehmoment (M_d) entgegengerichtetes Drehmoment erzeugt.

4. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (34) einerseits an der Welle (28) und andererseits an bzw. in dem Tragelement (16, 18) wie in einem Lagerbock (36) der Welle (28) fixiert ist.

5. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (28) eine Drehfeder wie Schraubenfeder oder ein Torsionsfederstab ist.

6. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Welle (28) Vorsprünge (54, 56) abragen, zwischen denen ein von dem Tragelement (16, 18) ausgehendes weiteres Federelement (58) wie Federstab verläuft.

7. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Welle (28) ein Vorsprung wie Stift (46) ausgeht, der zwischen zwei ortsfesten von dem Tragelement (18) ausgehenden Drehwinkel der Welle (28) begrenzenden Endanschlägen (48, 50) verläuft.

8. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebel- bzw. Winkelhebelverbindung (26, 24) aus einem von der Schleifleiste (12, 14) ausgehenden Tragarm (64, 66) und einem mit diesem gelenkig verbundenen Schwenkhebel (60, 62) besteht, der seinerseits mit der Welle (28) verbunden ist.

9. Wippe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tragelement (16, 18) zwei unabhängig voneinander drehbar und gegen ein axiales Verschieben gesicherte Wellen (28) angeordnet sind, die ihrerseits über jeweils eine Hebelverbindung (24, 26) mit einem der Schleifleisten (12, 14) verbunden sind.

10. Wippe nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Trägerelement (16, 18) über Hebel wie Schräglenkerhebel (72, 74) mit dem Tragorgan wie dem Scheitelrohr (20) derart verbunden ist, dass sich ein scheinbarer Drehpunkt (76) für die Tragelemente ergibt, der im Bereich vom Schwerpunkt der Wippe (10) bzw. Höhe von Angriffspunkt von auf die Wippe einwirkendem Staudruck F_aero verläuft.

11. Wippe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Anlenkpunkte jeweiliger paarweise angeordneter Schräglenkerhebel (72, 74) von jeweils einer Geraden durchsetzt sind, die sich im scheinbaren Drehpunkt (76) schneiden.