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Stromabnehmer mit federnd angeordneter Schwinge Die Erfindung bezieht
sich auf Stromabnehmer, die ein Gestell in Rhombusform od. dgl. und eine oben am
Gestell gelagerte Schwinge aufweisen. Die Lagerungsachse der Schwinge ist dabei
vorzugsweise die Drehachse der beiden oberen Arme des Gestells. Die Schwinge steht
bei fahrendem Fahrzeug etwas geneigt gegenüber der Vertikalen infolge der zwischen
dem Schleifstück und dem Fahrdraht auftretenden Reibungskraft und infolge der Windkraft.
Das Gestell wird durch die Kraft einer Hauptfeder nach oben gedrückt, wodurch zwischen
Schleifstück und Fahrdraht ein statischer Anpreßdruck erzeugt wird. Die statische
Anpreßkraft beträgt in der Praxis etwa 4 bis 6 kg. Eine an der Schwinge angreifende
Schwingenfeder steht bei Anlage des Schleifstücks am Fahrdraht immer unter Federspannung.
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Bekannte Stromabnehmer sind so gebaut, daß ihre Schwinge sich beim
Anfahren des Fahrzeuges, also bei Auftreten der Reibungskraft und der Luftkraft,
in eine bestimmte mittlere Arbeitslage -einstellt. Dies wird durch entsprechende
Abstimmung der Federung und bzw. oder der Federanlenkung der Schwingeneinrichtung
in bezug auf die Hauptfederungseinrichtung für den Fall normaler Schleifstückreibung
und normaler Luftkraftbelastung der Schwinge (Windstille) erreicht. Bei kleinen
Änderungen der Höhenlage des Fahrdrahtes geht die Schwinge mit und schwingt bei
laufenden kleinen Änderungen innerhalb eines Arbeitsbereiches von z. B. ± 15° um
die mittlere Arbeitslage. Dabei ändert sich die Höhenlage des Schwingendrehpunktes.
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Bei den bekannten Stromabnehmern beschriebener Art (Rhombusgestell
mit Schwinge) sind die genannten Teile so abgestimmt, daß die Schwinge in der mittleren
Arbeitslage nur in einem relativ kleinen Winkel zu der Senkrechten steht. Der Winkel
beträgt etwa 10 bis 20°. Der Arbeitsbereich reicht dann auf der einen Seite bis
unmittelbar an die Senkrechte heran.
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Es konnte nun durch längere Beobachtungen des Arbeitens solcher Stromabnehmer
und von Stromabnehmern mit Wippe oder Peitsche festgestellt werden, daß starke Stoßbeanspruchungen
der Schleifstücke und starkes Funken auftreten. Weiter ergab sich, daß bei bestimmten
Geschwindigkeiten und verhältnismäßig kleinen Höhenunterschieden des Fahrdrahtes
das Schleifstück von der Fahrleitung wegen der dynamischen Verzögerung abklappte.
Es wurde daher gefordert, Abhilfe zu schaffen, um die Beschädigung der Schleifstücke
und das Auftreten von Funken und die damit zusammenhängenden Rundfunkstörungen auf
ein erträgliches Maß herabzusetzen. Bei den bekannten Stromabnehmern ergeben sich
kurz zusammengefaßt noch folgende Mängel: ein labiles Arbeiten des Schleifstückes,
ein starres Verhalten bei hoher Geschwindigkeit, ein. viel zu kleiner Höhenunterschied
beim Arbeiten (Schwingen) des Schleifstückes und eine zu große Abhängigkeit des
Arbeitens des Schleifstückes von der Reibung, dem Fahrwind und dem Moment aus dem
vertikalen Schleifstückdruck multipliziert mit dem Abstand vom Schwingendrehpunkt.
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Beim Stromabnehmer gemäß der Erfindung werden die angegebenen Nachteile
beseitigt oder zumindest stark eingeschränkt. Es handelt sich um einen Stromabnehmer
mit federnd angeordneter Schwinge, bei dem die Federung und bzw. oder die Federanlenkungen
der Schwingeneinrichtung so abgestimmt sind, daß die Schwinge in der mittleren Arbeitslage
mit der Waagerechten einen Winkel kleiner als 45° einschließt, Ein solcher Stromabnehmer
arbeitet in einem Arbeitsbereich, der durch große bei Fahrdrahthöhenänderungen vom
Schleifstück durchlaufene Höhenunterschiede gekennzeichnet ist. Wird von einer in
mittlerer Arbeitslage bei z. B. 15° (von der Waagerechten) liegenden Schwinge bei
kleiner Höhenänderung des Fahrdrahtes z. B. nach oben ein Winkel von 15 bis 30°
durchlaufen, so ist die Höhenänderung etwa 6mal so groß wie bei einer Schwinge alter
Art, die einen Winkel von 75 bis 90° durchläuft. Es werden also durch den Stromabnehmer
gemäß der Erfindung größere Fahrleitungshöhenunterschiede beherrscht. Der Arbeitsbereich
kann z. B. zwischen 0° (5°) und 30° (35°) gegenüber der Waagerechten liegen.
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Beim Gegenstand der Erfindung ist der Einfluß der Schleifstückreibung
und des Fahrwindes klein, ebenfalls auch der Einfluß der Momenteriänderung aus
dem
statischen Bügeldruck (Schwingendruck, Schleifstückdruck, Anpreßdruck). Zur Erklärung
sei erwähnt, daß um den Schwingendrehpunkt das Gesamtmoment (R -f- W)
a -f- D - b auftritt, wobei R die Reibungskraft, W die Windkraft,
D der Schleifstückdruck und a, b die senkrechten Abstände der Wirkungslinien
der betreffenden Kräfte vom Schwingendrehpunkt sind. Änderungen dieses Momentes
treten beim Drehen der Schwinge infolge Fahrdrahthöhenänderung innerhalb ihres Arbeitsbereiches
auf. Ein Vergleich zwischen einer bei 75° in mittlerer Arbeitslage befindlichen
Schwinge eines bekannten Stromabnehmers mit einer bei 30 bzw. 15° in mittlerer Arbeitslage
befindlichen Schwinge eines Stromabnehmers gemäß der Erfindung ergab unter Voraussetzung
eines Arbeitsbereiches von ± 15° in beiden Fällen für den ersten Fall eine Momentenänderung
von -;- 85 bis - 95 p/o und im zweiten Fall eine von -f-11 bis -18% bzw. -f- 2 bis
-10%. Das Nachteil, daß die Wippe in die Endlage geht und bei hohen Winkelgeschwindigkeiten
nicht mehr arbeitet, ist also beim Gegenstand gemäß der Erfindung beseitigt. Bei
diesem beeinfiußt die Momentenänderung das Arbeiten der Schwinge kaum.
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Ein weiterer Vorteil des Stromabnehmers gemäß der Erfindung ist, daß
die Schwingungsfrequenz der Schwinge ein Mehrfaches der Schwingungsfrequenz einer
zwischen 60 und 90° arbeitenden Schwinge sein darf, wenn kleine Höhenunterschiede
in kurzer Zeit zu bewältigen sind.
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Gemäß der Erfindung wird die Federspannung der Schwingenfeder zweckmäßig
so gewählt, daß der Schleifstückdruck in der mittleren Arbeitslage dem höchsten
statischen Schleifstückdruck entspricht und in den beiden Endlagen um etwa ± 50'%
abweicht. Dies bringt den Vorteil, daß die Schwingenfeder sich immer dem Gesamtschwingendruck
anpaßt, weil beim Aufwärtsgehen des Stromabnehmers der Massendruck und der statische
Schwingendruck sich addieren, während beim Abwärtsgehen der Massendruck den statischen
Bügeldruck verkleinert. Es ist dadurch bei allen Geschwindigkeiten ein elastisches
Arbeiten der Schwinge gewährleistet. Ferner wird dadurch die Schwinge in der Endlage
nicht festgehalten.
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Die genannte Abstimmung wird gemäß der Erfindung vorzugsweise bei
einer Schwingeneinrichtung mit einer Schwingenfeder, die beim Hochgehen des Stromabnehmers
gespannt und beim Absinken entspannt wird, vorgesehen. Insbesondere wird die genannte
Abstimmung bei einer Schwingeneinrichtung angewendet, deren Schwinge als zweiarmiger
Hebel ausgebildet ist und deren Feder einerseits an seinem schleifstückfernen Hebelarm
und andererseits an einem an den beiden oberen Stromabnehmerarmen angelenkten, zwischen
ihnen liegenden Kniehebel, vorzugsweise an dessen Kniegelenk, angebracht ist. Die
genannte Anlenkung der Feder hat den Vorteil, daß beim Hochgehen des Stromabnehmers
die Federkraft der Schwingenfeder stärker zunimmt und beim Absinken des Stromabnehmers
stärker abnimmt, als wenn das zweite Federende anstatt am Kniegelenk des Kniehebels
in an sich bekannter Weise an einem ortsfesten, etwa zwischen den unteren Gelenken
der Schere angebrachten Zapfen befestigt ist.
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Es sei noch bemerkt, daß zum Ausgleich des Restmomentes aus dem Fahrwind
eine Windfläche am schleifstückfernen Hebelarm der Schwinge angebracht werden kann.
In der Fig.1 ist als Ausführungsbeispiel ein in mittlerer Arbeitslage in einem Winkel
von 30° von der Horizontalen liegenden Schwinge der Länge 1 dargestellt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist ein Arbeitsbereich von ± 15° gewählt. Zum Vergleich ist
gestrichelt eine Schwinge in einer mittleren Arbeitslage von 75° dargestellt. Der
Arbeitsbereich beträgt auch ± 15' und reicht von der einen Seite bis an die Senkrechte
(90°) heran. Aus den nebenstehenden Diagrammen ist ersichtlich, daß der von der
Schwinge gemäß der Erfindung beherrschte Höhenunterschied 4 h etwa 3'/2mal so groß
ist wie der Höhenunterschied, der von der um 75° herum arbeitenden Schwinge beherrscht
wird. In den beiden Diagrammen ist jeweils eine Schwingung dargestellt, die sich
bei gleicher Winkelgeschwindigkeit während einer gleichen Zeitspanne d t
ergibt.
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In dem Diagramm Fig. 2 sind der Höhenunterschied d h (cm) des
Schleifstücks und die Abweichung d M (%) des obengenannten Momentes vom Momentenmittelwert
über der mittleren Arbeitslage der Schwinge (Winkel a) (0° entspricht der waagerechten
Mittellage der Schwinge) für einen Arbeitsbereich von ± 15° und für einen bestimmten
Stromabnehmer mit Schwinge dargestellt. Betrachtet man die Differenz zwischen zwei
Momentenabweichungswerten (obere und untere Kurve), dann ist daraus klar ersichtlich,
daß die Momentendifferenz (-änderung) d M mit kleiner werdendem Schwingenwinkel
(mittlere Arbeitslage) kleiner wird. Wenn beispielsweise Federung und bzw. oder
Federanlenkungen gemäß der Erfindung so abgestimmt sind, daß die Schwinge in der
mittleren Arbeitslage sich z. B. bei 15 oder 30° befindet, so beträgt bei 15 bzw.
30° die Momentenänderung -f- 2 bis - 10'% bzw. -I- 11 bis - 18°/o. Das Diagramm
gilt für einen Arbeitsbereich von = 15°.
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In Fig. 3 ist eine Schwingeneinrichtung des Stromabnehmers gemäß der
Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt. Mit 1 ist das Schleifstück, mit 2
die als zweiarmiger Hebel ausgebildete Schwinge und mit 3 die am schleifstückfernen
Hebelarm der Schwinge angelenkte Schwingenfeder bezeichnet. Es ist die Schwinge
in mittlerer Arbeitslage und in den beiden Endlagen gezeichnet, und zwar jeweils
für Vor- und Rückwärtsfahrt. Die Feder 3 ist andererseits am Kniehebelgelenk 4 des
Kniehebels 5 befestigt. Aus dieser Anordnung ist ersichtlich, daß bei Hochgehen
des Stromabnehmers, von dem die oberen beiden Arme 6 und 7 teilweise dargestellt
sind, also beim Hochgehen des Schwingendrehpunktes 8 und somit Verkleinerung des
Winkels a, die Spannung der Feder 3 und somit der Schleifstückdruck vergrößert wird.
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Der Stromabnehmer gemäß der Erfindung wird allen in der Praxis vorkommenden
Erfordernissen gerecht.