DE19614427C2 - Koppelverbinder - Google Patents

Description

Ein bekannter Koppelverbinder dieser Art (FR 27 13 183 A1) für die elektrische Energieübertragung zwischen zwei Wagenkästen eines Schienenfahrzeugs weist eine beidendig über Gelenkstücke mit Durchführungsisolatoren verbundene Teleskopstange auf. Die so ausgebildeten Stützisolatoren sind am jeweiligen Endbereich eines der beiden nacheinanderfolgenden Wagenkästen festgesetzt. Die elektrische Verbindung erfolgt mittels einer eindrähtigen flexiblen Leitung, die am mittleren Abschnitt des Teleskoprohres abgestützt ist und in bifilarer Wicklungsweise jeweils in einer um die Teleskopstange geführten Halbwindung an das zugehörige äußere Gelenkstückteil reicht und damit elek­ trisch leitend verbunden ist. Von Nachteil ist bei dieser Anordnung die mittlere Abstützung des Leiterdrahtes, nachdem dort erfahrungsgemäß die Bruchgefahr groß ist. Zudem ergibt sich bei der notwendigen großen Teleskopierweite im zusammengeschobenen Zustand eine relativ große Durchhängelänge der elektrischen Leitung, die dadurch an benachbarten Bauelementen scheuern kann. Zudem können hierdurch die Luftisolationsstrecken unterschritten werden, die für die von der Leitung übertragene Hochspannung nach den einschlägigen Vorschriften gefordert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koppelverbinder gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs zu schaffen, bei dem ein variierender Durchhang der Leitungsanordnung minimiert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Bei einer Ausgestaltung eines Koppelverbinders gemäß der Erfin­ dung wird durch die Leitungsführung in mehreren Windungen um die Teleskopstange herum eine große Teleskopierweite erreicht, wobei die einzelnen Windungen dann, wenn keine Zusatzmaßnahmen ergriffen sind, höchstens um den radialen Abstand nach unten absinken können, der der halben Differenz aus dem Durchmesser der Teleskopstange und dem Innendurchmesser der betreffenden Wendel entspricht. Um eine hohe Flexibilität der Leitungs­ anordnung zu erzielen, können zum Beispiel zwei oder mehr vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnete Wendeln vorgesehen sein, die insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen und dabei auch gegenläufigen Wicklungssinn besitzen können. Vorzugsweise sind die Wendeln jedoch mit gleicher Steigungshöhe ausgebildet, so daß sie sich gegenseitig unterstützen. Dabei kann wenigstens eine Wendel aus einem mit einem elektrischen Isoliermantel umhüllten elektrisch leitenden Draht bestehen, der vorzugsweise als Litzenleiter ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, wenigstens eine Wendel in sich federelastisch auszubilden, wozu entweder der äußere Isoliermantel aus federelastischem Kunststoff hergestellt ist und/oder eine Federdrahteinlage oder -hülle vorgesehen wird. Die Enden der Wendel/n sind mit einer steigungslosen Endwindung versehen, die eine senkrecht zur Längsachse der Wendel stehende Auflage bilden. Diese Enden liegen jeweils an einem Stützteller an, der aus elektrisch leitendem Material besteht und an dem die Enden der Wendel mittels Kabelklemmen festgesetzt sind. Eine Kabelklemme kann dabei Klemmaufnahmen für zwei oder mehr Wendeln aufweisen. Die Leitungsanordnung kann auch unter axialer mechanischer Zug- oder Druckvorspannung zwischen den Stütztellern angeordnet sein, die am Ende der Teleskopstange oder an den äußeren Gelenkgliedteilen von an die Enden der Teleskopstange angesetzten Gelenkgliedern festsitzen. Die Teleskopstange kann aus elektrischem Isolierstoff hergestellt sein. Werden die Stützteller an den Enden der Teleskopstange vorgesehen, dann sind zweckmäßig die Stützteller mit elek­ trisch leitenden Gelenkstücken verbunden, die ihrerseits elek­ trisch leitend mit dem jeweils zugehörigen Stützisolator ver­ bunden sind. Werden auch die Gelenkstücke aus Ioslierwerkstoff hergestellt oder sollen sie nicht stromdurchflossen sein, können sie mit einem flexiblen Leiterstück überbrückt sein.

Als Schütz für die Wendel/n ist es zweckmäßig, dieselbe/n innerhalb eines Faltenbalges anzuordnen, der von einem Stützteller zum anderen reicht. Dabei kann der Faltenbalg eine Stützfunktion gegen Durchhängen der Leitungsanordnung erfüllen. Insbesondere ist jedoch die Eigensteifigkeit der Leitungs­ anordnung aufgrund der mechanischen Vorspannung so groß, daß die einzelnen Windungen selbsttätig mit ausreichendem radialen Abstand von der Teleskopstange gehalten werden und daran nicht scheuern. Zur Halterung des Faltenbalgs dienen konzentrisch zur Teleskopstange angeordnete Stützringe, die insbesondere einstückig mit den Stütztellern verbunden und dabei topfförmig ausgebildet sind.

Wenn die Stützteller bzw. die Stützringe an den Enden der Teleskopstange angeordnet sind, werden die von dort weg­ führenden Gelenkstücke vorzugsweise ebenfalls mit Falten­ balgstücken umhüllt, damit die Gelenkstücke nicht verschmutzen oder mit Feuchtigkeit beaufschlagt werden. Werden die Stütz­ teller bzw. die Stützringe jeweils am äußeren Gelenkstückteil vorgesehen, dann ist es zweckmäßig, sie nahe an der Drehachse des betreffenden Gelenkstücks anzuordnen, um die Knickwirkung in diesem Bereich gering zu halten.

Ein solcher Koppelverbinder ist insbesondere zur Hochspannungs- Energieübertragung zwischen zwei Wagenkästen eines mehrglied­ rigen Schienenfahrzeugs geeignet und wird vorzugsweise unter­ halb der äußeren Dachfläche bzw. des Wagenübergangs angeordnet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipsdarstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Koppelverbinder in einer Längsschnittdar­ stellung, der mit Stützisolatoren an benachbarten Wagenkästen verbunden ist

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Leiteranordnung des Koppelverbinders mit endseitigen Stütztellern

Fig. 3 eine Ansicht eines Stütztellers mit daran festge­ setzten Endwindungen der Leiteranordnung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1, wobei gemäß

Fig. 4a die Längsachsen der Wagenkästen miteinander fluchten und gemäß

Fig. 4b die Längsachsen der Wagenkästen quer zur Längs richtung versetzt sind.

An Deckenteilen 1 und 2 nicht näher dargestellter Wagenkästen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, befinden sich im Bereich von einander benachbarten Wagenkastenenden Stützisolatoren 3, die vorzugsweise als Durchführungsisolatoren ausgebildet und mit senkrechter Achse auf den Deckenteilen 1 festgesetzt sind. Zur flexiblen elektrischen Verbindung der Stützisolatoren 3 ist zwischen denselben eine Teleskopstange 4 mit endseitig festgesetzten Gelenkstücken 5 vorgesehen, wobei die äußeren Gelenkstückteile 5.1 starr mit den elektrischen Stütz­ isolatoren 3 verbunden sind. Dabei sind je Wagenkasten bzw. Deckenwandteil 1, 2 quer zur Längsrichtung des betreffenden Wagenkastens zwei Stützisolatoren 3 mit Abstand voneinander angeordnet und die einem Deckenteil 1 bzw. 2 zugeordneten Stützisolatoren jeweils durch eine Stromleiterschiene 6 verbunden. Die äußeren Gelenkstückteile 5.1 sind im mittleren Bereich der jeweiligen Stromleiterschiene 6 daran festgesetzt. Die Teleskopstange besteht insbesondere aus einem mittleren Abschnitt 4a, an dem beidseitig Endstücke 4b längsverschiebbar und auszugsbegrenzt gehalten sind. An diesen Endstücken 4b sitzen in axialer Verlängerung die Gelenkstücke 5 mit ihren inneren Gelenkstückteilen 5.2 fest.

Zur elektrischen Energieübertragung von einer Stromleiter­ schiene 6 zur anderen ist eine elektrische Leitungsanordnung 7 vorgesehen, die zumindest eine, vorwiegend zwei konzentrisch zueinander angeordnete Wendeln 7.1 und 7.2 aufweist. Die einzelnen Wendeln 7.1, 7.2 besitzen jeweils mehr als eine und insbesondere mehr als fünf gleichlaufend gewickelte Windungen, welche die Teleskopstange 4 in Achsrichtung umschließen. Der Innendurchmesser der einzelnen Wendeln 7.1, 7.2 kann unter­ schiedlich groß sein und ist zumindest bei kontrahierter Wendel größer als der Durchmesser der Teleskopstange 4. Es wird dadurch vermieden, daß eine der Wendeln im gestreckten Zustand bei sich verkleinerndem Innendurchmesser reibschlüssig auf der Teleskopstange aufsitzt und beschädigt wird. Die Wendeln 7.1, 7.2 weisen bei gleicher Windungszahl gleiche Windungssteigungen auf und sind insbesondere gegenläufig gewickelt. Dabei kann es aber auch zweckmäßig sein, unterschiedliche Steigungen der einzelnen Windungen vorzusehen.

In der Leitungsanordnung 7 kann wenigstens eine der Wendeln 7.1, 7.2 aus einem mit einem elektrischen Isoliermantel umhüllten elektrisch leitenden Draht, insbesondere einem Litzendraht bestehen. Zudem ist es zweckmäßig, wenigstens eine der Wendeln 7.1, 7.2 federelastisch auszubilden, so daß die Leitungsanordnung 7 unter axialer mechanischer Zug- oder Druck- Vorspannung zur Anwendung gelangen kann. Zur Halterung der Leitungsanordnung 7 liegen die Enden der Wendel/n je an einem Stützteller an und sind daran mittels einer Kabelklemme 9 mechanisch festgesetzt und elektrisch verbunden. Bei aus­ reichender mechanischer Vorspannung kann zumindest eine der Wendeln 7.1, 7.2 quer zur Längsrichtung so steif sein, daß bei ausgezogener oder zusammengeschobener Teleskopstange 4 eine Berührung zwischen der Teleskopstange 4 und der oder den Wendeln bei ausreichendem radialen Abstand gegenüber der Teleskopstange nicht eintritt.

Die Stützteller 8 sind vorliegend im Endbereich der Endstücke 4b als senkrecht zur Längsachse stehende Scheiben angeordnet. Die Endwindungen der Wendeln 7.1, 7.2 sind dabei so gewickelt oder geformt, daß sie plan am jeweiligen Stützteller 8 anliegen. Die daran anschließenden Gelenkstücke 5 sind in diesem Fall elektrisch leitende Bauteile oder werden statt­ dessen oder zusätzlich mit einem Überbrückungsleiter elektrisch überbrückt, der in elektrischem Kontakt mit der jeweiligen Stromleiterschiene 6 steht.

Um dabei zu verhindern, daß die Teleskopstange 4, die Gelenk­ stücke 5 oder die elektrischen Verbindungen durch Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit Schaden leiden, ist die Teleskopstange 4 mit der Leiteranordnung 7 von einem Faltenbalg 9.1 umschlossen. Der Faltenbalg 9/sitzt beidendig dicht an Stützringen 10, welche einstückig mit den Stütztellern 8 verbunden sind und insgesamt eine Tassenform bilden, durch deren Boden die Teleskopstange 4, das jeweilige Gelenkstück 5 bzw. eine diese Teile verbindende Nabe 11 greift. Die freien Ränder der Stützringe 10 weisen aufeinander zu und werden von den offenen Rändern des Faltenbalgs 9.1 dicht umschlossen. Der Faltenbalg 9.1 ist so mit den Endstücken 4b der Teleskopstange 4 verbunden und wird bei Längenveränderung der Teleskopstange 4 wie die Leitungsanordnung 7 in axialer Richtung gestreckt oder gestaucht. Zum Schutz der Gelenkstücke 5 sind ebenfalls Faltenbalgstücke 12 vorgesehen, die vom inneren Gelenkstückteil 5.2 bzw. der Nabe 11 bis zum äußeren Gelenkstück 5.1 reichen, wo sie an einem Ringflansch 13 ebenfalls staub- und feuchtigkeitsdicht festgesetzt sind.

Es ist jedoch auch möglich, die Stützteller 8 mit den Stützringen 10 an die Stelle der Stützflansche 13 zu setzen, die an den äußeren Gelenkstückteile 5.1 zu setzen, so daß der Faltenbalg 9.1 und auch die Leitungsanordnung 7 nicht nur die Te­ leskopstange 4 sondern auch die Gelenkstücke 5 elektrisch und mechanisch überbrücken. Dabei ist es zweckmäßig, die Stützteller 8, 10 möglichst nahe an die Gelenkachse der Gelenkstücke 5 zu setzen, um die im Betrieb auftretenden Fluchtabweichungen ohne Beeinträchtigung der Funktion der Leiteranordnung und des Faltenbalgs aufnehmen zu können.

Bei der praktischen Anwendung eines Koppelverbinders zwischen zwei Wagenkästen eines Gliederzuges wird gemäß Fig. 4a die Längsachse der beiden Wagenkästen weitgehend in einer Flucht mit der Längsachse des Koppelverbinders liegen. Durch Wank­ bewegungen oder bei Kurvenfahrten tritt jedoch eine Abweichung der Flucht der Wagenlängsachsen auf, so daß sich beispielsweise eine Stellung des Koppelverbinders ergibt, wie sie in Fig. 4b dargestellt ist. Bei dem sich daraus ergebenden transversalen Versatz ergibt sich eine Schrägstellung des Koppelverbinders unter gleichzeitiger Streckung des Teleskoprohres 4, der koaxial dazu angeordneten Leiteranordnung 7.1, 7.2 und des Faltenbalgs 9.1. Dabei werden die Faltenbalgstücke 12 bogenförmig verformt.

Bei diesem Aufbau des Koppelverbinders bleibt sein Raumbedarf immer auf das durch den Faltenbalg 9.1 bestimmte Volumen beschränkt und es bilden sich keine durchhängenden Schleifen der Leitungsanordnung im Falle der Längenkomprimierung. Dabei ist ein so aufgebauter Koppelverbinder insbesondere zur Übertragung von Hochspannung geeignet.

Claims (19)

1. Koppelverbinder mit einer Teleskopstange und einer derselben zugeordneten, sowie über deren Länge reichenden, längenveränderbaren flexiblen elektrischen Leitungsanordnung, insbesondere zur elektrischen Energieübertragung zwischen zwei Wagenkästen eines Schienenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung wenigstens eine fortlaufend in mehr als einer Windung gewickelte Wendel (7.1, 7.2) aufweist, welche die Teleskopstange (4) in Achsrichtung umschließt.

2. Koppelverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (7.1, 7.2) aus zumindest zwei konzentrisch und mit radialem Abstand vom Teleskoprohr angeordneten Wendeln gebildet ist.

3. Koppelverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (7.1, 7.2) unterschiedliche Durchmesser und gegenläufigen Wicklungssinn aufweisen.

4. Koppelverbinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wendeln (7.1, 7.2) unterschiedliche Steigungen der Windungen aufweisen.

5. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wendel (7.1, 7.2) aus einem mit einem elektrischen Isoliermantel umhüllten elektrisch leitenden Draht besteht.

6. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wendel (7.1, 7.2) federelastisch ausgebildet ist.

7. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (7.1, 7.2) beidendig an je einem Stützteller (8) anliegt.

8. Koppelverbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (7.1, 7.2) unter axialer mechanischer Vorspannung zwischen den Stütztellern (8) angeordnet ist.

9. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (7.1, 7.2) innerhalb eines Faltenbalgs (9.1) angeordnet ist.

10. Koppelverbinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (9.1) beidendig an Stützringen (10) festgesetzt ist.

11. Koppelverbinder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Faltenbalg (9.1) an den Stütztellern (8) gehalten ist.

12. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützteller (8) an Endstücken (4b) der Teleskopstange (4) festgesetzt sind.

13. Koppelverbinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (4b) der Teles­ kopstange (4) mit elektrisch leitenden Gelenkstücken (5) versehen sind, die elektrisch leitend mit dem jeweils zuge­ hörigen Ende der Leitungsanordnung (7.1, 7.2) verbunden sind.

14. Koppelverbinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstücke (5) von je einem eigenen Faltenbalgstück (12) umschlossen sind, deren Enden feuchtigkeitsdicht an das jeweils zugehörige Gelenkstückteil (5.1, 5.2, 11) angesetzt sind.

15. Koppelverbinder nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußeren Gelenkstückteile (5.1) mit elektrischen Stützisolatoren (3) starr verbunden sind.

16. Koppelverbinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Gelenkstückteile (5.1) je an einer Stromleiterschiene (6) festgesetzt sind, deren Enden an zwei quer zur Längsrichtung des betreffenden Wagenkastens sitzenden Stützisolatoren (3) gehalten sind.

17. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Enden von konzentrisch angeordneten Wendeln (7.1, 7.2) jeweils in einer gemeinsamen Kabelklemme (8) festgesetzt sind.

18. Koppelverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 13, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung endseitig an Stütztellern festgesetzt ist, welche an den äußeren Gelenkstückteilen von an die Enden der Teleskopstange angesetzten Gelenkstücken angeordnet sind.

19. Koppelverbinder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützteller nahe an der Drehachse des jeweiligen Gelenkstücks angeordnet sind.