DE1613928C3 - Stromabnehmerkopf für schnellfahrende elektrische Triebfahrzeuge - Google Patents

Description

Der Erfindung bezieht sich auf einen Stromabnehmerkopf, insbesondere an Scherenstromabnehmern, für schnellfahrende elektrische Triebfahrzeuge mit einer aus zwei oder mehr parallelen, über einen Tragrahmen miteinander verbundenen Schleifleisten bestehenden Palette, die beidseitig in Torsionselementen zweier außerhalb des Oberscherenscheitelpunktes angelenkter, teleskopartig gefederter und mit ihren verlängerten Achsen sich oberhalb des Fahrdrahtes schneidender Lenker aufgehängt ist.

Ganz allgemein besteht für Stromabnehmerköpfe das Problem, daß sie bei Triebfahrzeugen mit hohen Geschwindigkeiten von über etwa 140 km/h keinen einwandfreien Lauf und keine sichere Kontaktgabe mehr gewährleisten. Vielmehr hat sich in der Praxis und bei Versuchen gezeigt, daß bei derartigen Geschwindigkeiten infolge der aerodynamischen Staudrücke und Wirbelströmungen Verkantungen des Stromabnehmerkopfes auftreten. Durch diese aerodynamischen Kräfte wird die in Fahrtrichtung vorn liegende Schleifleiste des Stromabnehmerkopfes derart an den Fahrdraht gepreßt, daß sich die zweite, dahinter liegende Schleifleiste vom Fahrdraht abhebt. Hierdurch wird die Gesamtfunktion des Stromabnehmerkopfes und die erforderliche Kontaktgabe in Frage gestellt. Derartige Erscheinungen werden auch als »Flattern«

bezeichnet.

Der eingangs erwähnte Stromabnehmerkopf nach der DT-AS 1 219 511, bei dem die Palette beidseitig in Torsionselementen zweier außerhalb des Oberscheren-Scheitelpunktes angelenkter, teleskopartig gefederter und mit ihren verlängerten Achsen sich oberhalb des Fahrdrahtes schneidender Lenker aufgehängt ist, sucht hier bereits Abhilfe zu schaffen. Bei diesem bekannten Stromabnehmerkopf wird durch die erwähnte Ausgestaltung eine Differentialaufhängung erreicht, die sowohl Stöße in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung abfängt und ein Abheben der hinteren Schleifleiste auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten von über etwa 140 km/h verhindert und damit einen einwandfreien Lauf und eine sichere Kontaktgabe gewährleistet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieser bekannte Stromabnehmerkopf unter besonderen Verhältnissen in bezug auf Fahrdraht und hoher Geschwindigkeit (über 180 km/h) noch nicht allen Ansprüchen gerechnet wird.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Stromabnehmerkopf der eingangs genannten Art bezüglich seiner Aufhängung so auszugestalten, daß auch bei sehr schnellfahrenden elektrischen Triebfahrzeugen, c! h. bei Geschwindigkeiten über 180 km/h (z. B. 250 km/h) ein einwandfreier Lauf und eine sichere Kontaktgabe gewährleistet ist, insbesondere auch bei ungünstigen Fahrdraht- und Betriebsverhältnissen, z. B. bei festverlegter Fahrleitung und/oder gleichzeitigem Einsatz mehrerer Stromabnehmer je Zugeinheit.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem oben bereits erwähnten bekannten Stromabnehmerkopf (DT-AS 1 219 511), zeichnet sich demgegenüber jedoch dadurch aus, daß die beiden Lenker in sich starr sind und in ihren Torsionselementen die gabelförmig ausgebildeten Arme einer in Ruhelage vertikalen Teleskopfederung halten, die an ihrem oberen Ende über ein elastisches Ausgleichselement den Tragrahmen der Palette abstützt.

Vorzugsweise sind die Torsionselemente für die Lenker und das Ausgleichselement für die Palette am oberen Ende der Teleskopfederung als Gummi-Federelemente ausgebildet. Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Teleskopfederungen eine progressive Charakteristik haben. Schließlich ist es weiter vorteilhaft, daß die Palette in den Ausgleichselementen am oberen Ende der Teleskopfederungen mit einem solchen Spiel gelagert ist, daß auch bei einseitiger und ungleicher Belastung der Palette ein Verkanten der Teleskopfederungen verhindert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromabnehmerkopf werden die Stöße in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung einwandfrei abgefangen und ein Abheben der hinteren Schleifleiste auch bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten über 180 km/h (z. B. 250 km/h) verhindert. Denn die beiden jeweils am oberen Ende in Ausgleichselementen die Palette tragenden Teleskopfederungen können sich infolge ihrer Aufhängung an den starren Lenkern nicht nur verschwenken, sondern auch entgegengesetzt zur Fahrtrichtung verschieben, und zwar zunehmend mit erhöhter Fahrgeschwindigkeit, wodurch die am oberen Ende der Teleskopfederungen in den Ausgleichselementen elastisch gelagerte Palette ihre Lage derart verändert, daß der Anpreßdruck der vorderen Schleifleiste reduziert, der Anpreßdruck für die hintere Schleifleiste dagegen erhöht wird. Außerdem werden durch die Ausgleichselemente bei einseitiger oder ungleicher Belastung der Palette Verkantun-

gen in den Teleskopfederungen vermieden. In allen Lagen bleibt stets eine einwandfreie Vertikalabfederung der Palette gewährleistet, was insbesondere bei den erwähnten sehr hohen Geschwindigkeiten und einer festverlegten Fahrleitung von besonderer Bedeutung ist.

Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß bereits früher ein Stromabnehmerkopf durch die DT-AS 1 256 676 bekannt war, bei dem die Palette beidseitig an mit ihren oberen Enden fest an einem sich in der Mitte des Stromabnehmerkopfes erstreckenden Scherengelenkträger abgebrachten Teleskopfederungen aufgehängt ist, und zwar mittels am unteren Ende der Teleskopfederungen vorgesehener, den Stromabnehmerkopf in sich aufnehmenden elastischen Ausgleichselementen. Da dort die Teleskopfederungen starr mit dem Scherengelenkträger verbunden sind, ist die Lage der Teleskopfederungen in bezug auf den Oberscherenscheitelpunkt stets konstant und ebenso auch der Abstand der Schleifleisten des Stromabnehmerkopfes vom Oberscherenscheitelpunkt. Diese bekannte, konstruktiv und herstellungsmäßig relativ einfache Zweipunkt-Aufhängung der Palette im Scheitelpunkt ermöglicht somit lediglich eine Abfederung des Stromabnehmerkopfes in vertikaler Richtung in den Teleskopfederungen und außerdem eine federnde Verschwenkbarkeit mittels der am unteren Ende der Teleskopfederungen vorgesehenen Ausgleichselementen, schafft also keine Differentialaufhängung wie beim Gegenstand der Erfindung. Außerdem läßt sich, wie die Erfahrungen in der Praxis gezeigt haben, eine derartige einfache Zweipunkt-Aufhängung der Palette im Scheitelpunkt nur dort verwirklichen, wo es sich um nicht so hohe Fahrgeschwindigkeiten bis zu etwa 120 km/h handelt. Für elektrische Triebfahrzeuge mit höheren Geschwindigkeiten ist eine derartige Aufhängung ungeeignet. Diese vorbekannte, ältere Konstruktion eines Stromabnehmerkopfes konnte somit keine Anregung zur Verbesserung des hier den Ausgangspunkt bildenden Stromabnehmerkopfes mit Differentialaufhängung gemäß der DT-AS 1 219 511 und damit zur Schaffung des erfindungsgemäßen Stromabnehmerkopfes mit seiner besonders vorteilhaften Wirkungsweise geben.

Weiter ist noch zu erwähnen, daß es durch die DT-AS 1 131 259 in Verbindung mit Stromabnehmerköpfen bereits bekannt war, Gummi-Federelemente zu verwenden. Demzufolge wird für das diesbezügliche Merkmal des Anspruchs 2 auch kein selbständiger Schutz in Anspruch genommen.

Ein Ausführungsbeispiel des Stromabnehmerkopfes nach der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Stromabnehmerkopf gemäß der Erfindung, gesehen in Fahrtrichtung,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Stromabnehmerkopfes gemäß F i g. 1 in an den Fahrdraht angelegter Ruhestellung,

F i g. 3 eine Seitenansicht des Stromabnehmerkopfes wie F i g. 2, jedoch in Arbeitsstellung,

F i g. 4 einen Längsmittelschnitt durch eine der beiden Teleskopfederungen, etwa nach Linie IV-IV in F i g. 2.

Der in F i g. 1 bis 3 dargestellte Stromabnehmerkopf besteht aus zwei Schleifleisten 1 mit der Fassung Γ und mit seitlichen Anlaufhörnern 1"; die beiden Schleifleisten 1 mit der Fassung Γ sind durch einen rohrförmigen Tragrahmen 2 fest miteinander zu einer Palette verbunden. Diese Palette ist an beiden Seiten in einem elastischen Ausgleichselement 3 am oberen Ende einer Teleskopfederung 4 (im einzelnen in F i g. 4 dargestellt) abgestützt. Jeder der beiden die Palette tragenden Teleskopfederungen 4 ist mit sich in bezug zur Fahrtrichtung nach vorn und hinten symmetrisch erstreckenden Armen 5 an Lenkern 6 aufgehängt. Die Arme 5 sind gabelförmig ausgebildet und nehmen die unteren Enden der Lenker 6 mit einem Torsionselement 7 zwischen sich auf. Die Lenker 6 sind mit ihren oberen Enden bei 8 außerhalb, nämlich unterhalb, des Oberscherenscheitelpunktes 9 an den Holmen 10 der Oberscheren des hier beispielsweise angedeuteten Scherenstromabnehmers angelenkt und schneiden sich mit den gedachten Verlängerungen ihrer Längsachsen im Punkte 11 oberhalb des Fahrdrahtes 12.

In Fig.4 sind konstruktive Einzelheiten bezüglich der Teleskopfederung 4 sowie der Lagerung der Palette und der Lenker für das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bis 3 in vergrößertem Maßstab und ebenfalls nur beispielhaft veranschaulicht. Durch die beim Niederdrücken des Bolzens 13 nacheinander zur Wirkung kommenden Federn 14 und 15 ist eine progressive Charakteristik der Teleskopfederung erreicht. Auf dem oberen Ende der Teleskopfeder 4 stützt sich, wie schon erwähnt, die Palette über den Tragrahmen 2 in dem elastischen Ausgleichselement 3 ab. Dazu ist z. B. an dem rohrförmigen Tragrahmen 2 jeweils im Bereich der Abstützstelle eine Lagerplatte 16 angebracht, z. B. angeschweißt, die mit nicht unbeträchtlichem Spiel das obere, aus dem Gehäuse der Teleskopfederung 4 herausgeführte Ende 13' des Bolzens 13 umfaßt. Die Lagerplatte 16 der Palette ist dabei in Gummi- oder gummielastische Teile 17 eingebettet und zwischen diesen elastisch gehalten. Infolge dieses beträchtlichen Spiels der Lagerplatte 16 können auch einseitige oder ungleiche Belastungen der Palette ausgeglichen werden, so daß kein Verkanten der Teleskopfederungen auftritt. Die Gummi- oder gummielastischen Teile 17 stützen sich an Gehäuseteilen 18 und 19 ab und sind durch diese auch weitgehend gekapselt. Die Palette mit ihrer Lagerplatte 16 ist auf diese Weise in einem ausgleichend wirkenden Gummi-Federelement am oberen Ende der Teleskopfederung 4 gelagert und durch diese gleichzeitig auch vertikal abgefedert.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Stromabnehmerkopfes ist nicht etwa nur auf Scherenstromabnehmer beschränkt, vielmehr kann der Stromabnehmerkopf auch an anderen geeigneten Stromabnehmern sinngemäß angebaut und angewendet werden (z. B. an einen Einholm-Stromabnehmer). Ebenso können auch mehr als zwei Schleifleisten 1 an der Palette vorgesehen sein. Es ist auch möglich, für die Torsionselemente 7 an sich bekannte Torsionsstäbe zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Abstützung und Aufhängung des Stromabnehmerkopfes macht eine zusätzliche Geradführung, die lediglich zum Anlegen des Stromabnehmers dient, aber im Betriebszustand weitgehend hinderlich ist, entbehrlich. Die Teleskopfederungen 4 ermöglichen eine einwandfreie vertikale Abfederung der Palette gegenüber der Schwingungsfrequenz des Fahrdrahts 12 beim Unterfahren mit hoher Geschwindigkeit, wobei das elastische Ausgleichselement 3 das Verkanten der Teleskopfederung 4 auch bei einseitiger oder ungleicher Belastung der Palette verhindert. Außerdem wird durch die Art der Aufhängung der Teleskopfederungen 4 mittels der Lenker 6 sowie durch deren Anordnung und Lagerung erreicht, daß die durch die Reibung der Schleifleisten 1 am Fahrdraht 12 und durch den mit zunehmender Geschwindigkeit anstei-

genden Staudruck auftretenden Schubkräfte derart aufgenommen werden, daß sowohl die Stoßbelastung in Längsrichtung zum Fahrdraht und die sich durch die verschiedenen aerodynamischen Angriffsmomente ergebenden Anpreßdruckdifferenzen bei den einzelnen Schleifleisten selbsttätig ausgeglichen werden. Im einzelnen spielt sich dieser Vorgang wie folgt ab:

Der in F i g. 2 im Stillstand des Triebfahrzeugs dargestellte Stromabnehmerkopf wird gemäß F i g. 3 beim Fahren in Richtung des Pfeils A durch die auftretenden Kräfte infolge der beschriebenen Aufhängung in Richtung des Pfeils B nach hinten versetzt und gleichzeitig um den Punkt 11 verschwenkt.. Dadurch werden die Torsionselemente 7 der Lenker 6 an den Armen 5 der Teleskopfederungen 4 in Richtung des Pfeils A verdreht und gespannt. Durch diese Lageveränderung der die Palette am oberen Ende tragenden Teleskopfederungen 4 verändert sich im Ausgleichselement 3 der wirksame Federdruck derart, daß infolge der auftretenden Neigung der Palette, sich schräg zu stellen, der Anpreßdruck auf die vordere Schleifleiste verringert und der Anpreßdruck für die hintere Schleifleiste dagegen erhöht wird. Die durch das Verschieben und Verschwenken der Teleskopfederungen 4 wirksam werdenden reziproken Federkräfte im Ausgleichselement 3 und in der Teleskopfeder selbst wirken damit einem gesteigerten Anpreßdruck der vorderen Schleifleiste, wie er sich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ergibt, entgegen und gleichen ihn aus. Der in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit auftretenden Schubkraft wirkt die sich stetig kontinuierlich anpassende Rückstellkraft in den Torsionselementen 7 der Lenker 6 entgegen. Insgesamt ist damit ein einwandfreier Lauf und eine sichere Kontaktgabe des Stromabnehmerkopfes auch bei Geschwindigkeiten über 180 km/h und bei ungünstigen Betriebs- und Fahrdrahtverhältnissen, z. B. bei fest verlegten Fahrleitungen, gleichzeitigem Einsatz mehrerer Stromabnehmer je Zugeinheit, gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromabnehmerkopf, insbesondere an Scherenstromabnehmern, für schnellfahrende elektrische Triebfahrzeuge mit einer aus zwei oder mehr parallelen, über einen Tragrahmen miteinander verbundenen Schleifleisten bestehenden Palette, die beidseitig in Torsionselementen zweier außerhalb des Oberscherenscheitelpunktes angelenkter, teleskopartig gefederter und mit ihren verlängerten Achsen sich oberhalb des Fahrdrahtes schneidender Lenker aufgehängt'ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lenker (6) in sich starr sind und in ihren Torsionselementen (7) die gabelförmig ausgebildeten Arme (5) einer in Ruhelage vertikalen Teleskopfederung (4) halten, die an ihrem oberen Ende über ein elastisches Ausgleichselement (3) den Tragrahmen (2) der Palette abstützt.

2. Stromabnehmerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionselemente (7) für die Lenker (6) und das Ausgleichselement (3) für die Palette am oberen Ende der Teleskopfederung (4) als Gummi-Federelemente ausgebildet sind.

3. Stromabnehmerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teleskopfederungen (4) eine progressive Feder-Charakteristik haben.

4. Stromabnehmerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragrahmen (2) der Palette in den Ausgleichselementen (3) am oberen Ende der Teleskopfederungen (4) mit einem solchen Spiel gelagert sind, daß auch bei einseitiger und ungleicher Belastung der Palette ein Verkanten der Teleskopfederungen (4) verhindert ist.