DE19914566A1 - Stromabnehmersystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Stromabnehmersystem zur Kontaktierung mit einem Fahrdraht einer Oberleitung vorgeschlagen. Es ist eine auf einem elektrisch betriebenen Schienenfahrzeug montierte, in der Höhe verstellbare Haltevorrichtung (1 bis 6) für ein Wippengestell (7) vorhanden. Es sind getrennte und jeweils einer Fahrzeugseite zugeordnete, unabhängig voneinander quer zur Fahrtrichtung verstellbare Bügel (12, 13) und Schleifleisten (14, 15) vorgesehen und über Stelleinheiten (8 bis 11) auf dem Wippengestell (7) befestigt. DOLLAR A Die Bügel (12, 13) sind auf das gewünschte Lichtraumprofil einstellbar. Die Schleifleisten (14, 15) sind mittels einer die zugeordneten Stelleinheiten (9, 11) beaufschlagenden Regelung (17) in Abhängigkeit des aktuellen Kontaktpunktes des Fahrdrahtes quer zur Fahrtrichtung verschiebbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromabnehmersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. auf eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie von einem Stromversorger zu einem elektrisch betriebenen Bahnfahrzeug.

Heutige Stromübertragungssysteme für Bahnfahrzeuge bestehen aus einem Kettenwerk (Oberleitung) und einem auf dem Antriebsfahrzeug montierten Stromabnehmer. Die Kontaktierung zwischen Oberleitung und Stromabnehmer geschieht mittels elastisch auf dem Stromabnehmer gelagerten Schleifleisten. Die Lagerung der Schleifleisten gegenüber der Scheren- bzw. Pantographenkonstruktion (Haltevorrichtung) des Stromabnehmers geschieht dabei durch passive Feder- und Dämpfereinheiten.

Aus der 196 52 369 A1 ist ein Stromabnehmer bekannt, welcher eine in der Höhe verstellbare Haltevorrichtung aufweist, an der eine Schleifleistenanordnung befestigt ist. Es wird ein möglichst ununterbrochener Kontakt mit der Oberleitung erreicht, indem die Schleifleistenanordnung im Bereich ihrer beiden Enden vertikal beweglich und federnd gehaltert ist.

Aus der 197 15 397 A1 ist ein Stromabnehmer mit wenigstens einer in der Höhe verstellbaren Haltevorrichtung bekannt, deren nach oben weisenden Enden über ein Scheitelrohr verbunden sind, an dem eine Schleifleistenanordnung befestigt ist. Diese ist mit ein oder zwei Schleifleisten versehen. Um einen ununterbrochenen Kontakt zwischen Oberleitung und Schleifleisten sicherzustellen, ist die Schleifleistenanordnung als starrer Rahmen mit Lenkern und Federn ausgebildet.

In den verschiedenen europäischen Ländern existieren unterschiedliche Breiten und Krümmungen der Schleifleisten. Die heute existierenden Stromabnehmer erfüllen in der Regel meistens nur die geometrischen Randbedingungen und die von der Bahngesellschaft vorgeschriebenen Anforderungen des Staates, in dem sie eingesetzt sind. Als Beispiel sei der deutsche ICE genannt, welcher im Falle einer Linienverbindung in die Schweiz pro Triebkopf jeweils zwei unterschiedliche Stromabnehmer besitzt, von denen der erste mit der Breite von 1,95 m die Anforderungen der deutschen Oberleitungen erfüllt und der zweite mit einer Wippenbreite von lediglich 1,45 m speziell für die Oberleitungen der Schweiz ausgelegt ist.

Ein weiteres Problem ist es, daß die allgemein bekannten Stromabnehmer mit rein passiv gelagerten Schleifleisten nur bedingt gute Kontaktverhältnisse zwischen Schleifleisten und Oberleitung gewährleisten. Schwingungen im Fahrdraht, Übergangsstellen der Oberleitung, Schwingungen des Fahrzeuges und die durchgängig vorhandene Zick-Zack-Anordnung der Oberleitung (Kettenwerke sind aus einzelnen Abschnitten bestimmter Länge zusammengesetzt, siehe auch weiter unten) verursachen starke Schwingungen der Kontaktkraft zwischen den Schleifleisten und dem Fahrdraht und Unterbrechungen des Kontaktes selbst. Dieses Problem tritt verstärkt bei höheren Geschwindigkeiten auf und verursacht deshalb Beschränkungen hinsichtlich der fahrbaren Zuggeschwindigkeit sowie einen erhöhten Verschleiß der Schleifleisten und der Oberleitungen, verbunden mit den entsprechenden Kosten der Wartung bzw. Instandhaltung der Systeme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromabnehmersystem anzugeben, das für den europäischen Mehrsystemverkehr geeignet ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein einziger Stromabnehmer der vorgeschlagenen Ausführung in der Lage ist, bei grenzüberschreitendem Verkehr seine Wippenbreite den lokalen Anforderungen (geometrische Anforderung an die Kontur der Schleifleiste und das entstehende Lichtraumprofil) anzupassen, d. h. das Einsatzgebiet des Fahrzeuges ist nicht mehr begrenzt (bzw. es sind nicht mehr unterschiedliche Stromabnehmer auf einem Fahrzeug erforderlich), denn der vorgeschlagene Stromabnehmer ist für verschiedene Oberleitungen mit verschiedenen Anforderungen für die Breite der Wippe sowie die Kontur der Schleifleiste und der Auflaufhörner verwendbar.

Es ist eine hohe Kontaktkraftkonstanz (geringe Standardabweichung) durch ein geringes Gewicht der Schleifleiste und somit signifikant reduzierter Massenträgheitsanteile in der Kontaktkraft gegeben. Es ergibt sich ein reduzierter Verschleiß des Schleifleistenmaterials (Schleifkohle), da die aktive Regelung (aktive bzw. adaptive Schleifleistenlagerung) eine gleichmäßige Verteilung der Kontakthäufigkeit des Fahrdrahtes über die Schleifleistenlänge gewährleistet. Daraus folgend reduzieren sich auch die Kosten zur Wartung der Systeme. Die zulässige Dynamik der Kontaktverhältnisse zwischen Schleifleisten und Oberleitung ist wesentlich erhöht, so daß aufgrund der Kontaktverhältnisse verursachte Beschränkungen der fahrbaren Zuggeschwindigkeit entfallen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Stromabnehmersystems ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Stromabnehmersystems,

Fig. 2 eine Sicht auf die Stirnseite des Stromabnehmersystems,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorgabe bzw. Regelung.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Stromabnehmersystems dargestellt. Es ist ein mit dem Fahrzeug fest verbundenes Untergestell 1 zu erkennen, an welches über Hauptwellenlagerungen 2, 3 beweglich eine in der Höhe verstellbare Pantographenkonstruktion 4 (Haltevorrichtung) montiert ist. Die nach oben weisenden Enden der Pantographenkonstruktion 4 sind über Scheitelgelenke 5, 6 mit einem Wippengestell 7 verbunden, welches vier unabhängig voneinander betätigbare Stelleinheiten 8, 9, 10, 11 trägt.

An der Stelleinheit 8 für die Bügelverstellung der ersten Seite (beispielsweise der rechten Fahrzeugseite) ist ein erster Bügel 12 mit Auflaufhorn befestigt. An der Stelleinheit 9 für die Schleifleistenverstellung der ersten Seite ist eine erste Schleifleiste 14 fixiert. An der Stelleinheit 10 für die Bügelverstellung der zweiten Seite (beispielsweise der linken Fahrzeugseite) ist ein zweiter Bügel 13 mit Auflaufhorn befestigt. An der Stelleinheit 11 für die Schleifleistenverstellung der zweiten Seite ist eine zweite Schleifleiste 13 montiert.

Mittels der Stelleinheiten 8 und 10 sind die Bügel 12 und 13 unabhängig voneinander quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges verstellbar. Mittels der Stelleinheiten 9 und 11 sind die Schleifleisten 14 und 15 ebenfalls unabhängig voneinander quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges verstellbar. Ferner ist die Kontur der Schleifleisten einstellbar. Dabei ist die Schleifleistenanordnung spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, d. h. die beiden Bügel 12, 13 befinden sich im inneren Abschnitt des Wippengestells 7, während die beiden Schleifleisten 14, 15 in den Randbereichen des Wippengestells angeordnet sind.

In Fig. 2 ist eine Sicht auf die Stirnseite des Stromabnehmersystems dargestellt. Es sind das Untergestell 1 mit Hauptwellenlagerung 2, die Pantographenkonstruktion 4 und das Wippengestell 7 mit Scheitelgelenken 5 zu erkennen. Bügel 12 und Schleifleisten 14 sowie die Stelleinheiten 8 und 9 sind nur der ersten Seite des Fahrzeuges zugeordnet, beispielsweise der rechten Fahrzeugseite. In gleicher Weise sind Bügel 13 und Schleifleisten 15 sowie die Stelleinheiten 10 und 11 nur der zweiten Fahrzeugseite, beispielsweise der linken Fahrzeugseite, zugeordnet. Die Verstellrichtung der Bügel 12, 13 und Schleifleisten 14, 15 ist mit x bezeichnet. Die Stelleinheiten 8 bis 11 werden beispielsweise mittels pneumatischer oder hydraulisch betätigbarer Zylinder realisiert.

Nach dieser Beschreibung der prinzipiellen Anordnung der Baukomponenten des vorgeschlagenen Stromabnehmersystems wird nachfolgend an Hand der in Fig. 3 gezeigten schematischen Darstellung der Vorgabe bzw. Regelung auf dessen Funktionsweise eingegangen. Die zwei zueinander beweglichen Auflaufhörner der Bügel 12, 13 werden jeweils unabhängig voneinander mit Hilfe einer Vorgabeeinrichtung 16 durch die linearen Stelleinheiten 8, 10 antiparallel zueinander verschoben, so daß die Auflaufhörner in verschiedenen Stellungen jeweils die gewünschte Kontur einstellen, die zum Befahren einer bestimmten Oberleitung eines bestimmten Staates vorgeschrieben und notwendig ist.

Die Schleifleisten 14, 15 weisen eine geringere Breite (ungefähr 0,5 bis 1 m) als die bei bekannten Stromabnehmern verwendeten Schleifleisten auf und sind aktiv derart in den Stelleinheiten 9, 11 gelagert, daß sie neben der üblichen vertikalen Einfederung auch die gewünschte seitliche Bewegung quer zum Fahrdraht vornehmen können. Die Schleifleisten 14, 15 besitzen aufgrund ihrer kürzeren Breite etwa nur das halbe Gewicht üblicher Schleifleisten. Durch das geringe Gewicht verbessert sich die Kontaktkraftdynamik der Schleifleisten signifikant. Dies gilt auch bei klassischer, durch Feder und Dämpfer geprägter vertikaler Lagerung.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal des adaptiven Wippengestells 7 ist eine Positionserkennung 18 zur Erfassung des aktuellen Kontaktpunktes des Fahrdrahtes auf den Schleifleisten 14, 15, verbunden mit einer aktiven Regelung 17 für die beiden Stelleinheiten 9, 11, welche die Schleifleisten 14, 15 folglich derart seitlich bewegen, daß der Fahrdraht vorzugsweise in einem mittleren Bereich der Gesamt-Schleifleiste (gebildet aus den beiden Schleifleisten 12, 13) Kontakt findet.

Übliche Oberleitungen (Kettenwerke) sind aus Abschnitten mit Längen von ungefähr einem bis zwei Kilometer aufgebaut, wodurch sich die eingangs bereits erwähnte Zick-Zack-Anordnung einstellt. An den Übergangsstellen dieser Abschnitte laufen die Fahrdrahtenden seitlich (quer zur Fahrtrichtung) heraus. An diesen Stellen bewirkt die Regelung 17, daß jeweils eine der beiden beweglichen Schleifleisten 14, 15 dem endenden Fahrdraht zur Seite folgt, während die zweite Schleifleiste mit dem beginnenden, seitlich einlaufenden Fahrdrahtabschnitt an einer vorberechneten und vorbestimmten Stelle Kontakt aufnimmt. Vorteilhafte Ausführungen der Positionserkennung 18 können auf der aktuellen mechanischen Verteilung der Anpresskraft zwischen den Schleifleisten 14, 15 oder der aktuellen elektrischen Verteilung der von den Schleifleisten übertragenen Ströme beruhen.

Die Stellung der Bügel 12, 13 mit Auflaufhörnern wird lediglich an denjenen Orten verändert, an denen bisher aufgrund der Änderung des zu beachtenden Lichtraumprofiles ein Wechsel des Pantographen bzw. des Fahrzeuges erforderlich gewesen ist. Vorzugsweise werden die relativ langsame Verstellung der Bügel 12, 13 und die schnelle Positionierung der Schleifleisten 14, 15 mit unterschiedlichen Verstellmechanismen realisiert. Alternativ können beide Verstellmechanismen jeweils zu einem einzigen Verstellmechanismus zusammengefaßt sein.

Bezugszeichenliste

1

Untergestell

2

Hauptwellenlagerung

3

Hauptwellenlagerung

4

Pantographerzkonstruktion

5

Scheitelgelenke

6

Scheitelgelenke

7

Wippengestell

8

Stelleinheit für Bügelverstellung erste Seite

9

Stelleinheit für Schleifleistenverstellung erste Seite

10

Stelleinheit für Bügelverstellung zweite Seite

11

Stelleinheit für Schleifleistenverstellung zweite Seite

12

Bügel mit Auflaufhorn

13

Bügel mit Auflaufhorn

14

Schleifleisten

15

Schleifleisten

16

Vorgabeeinrichtung

17

Regelung

18

Positionserkennung des aktuellen Kontaktpunktes des Fahrdrahtes
x Verstellrichtung

Claims (6)

1. Stromabnehmersystem zur Kontaktierung mit einem Fahrdraht einer Oberleitung, mit auf einem elektrisch betriebenen Schienenfahrzeug montierter, in der Höhe verstellbarer Haltevorrichtung (1 bis 6) für ein Wippengestell (7), dadurch gekennzeichnet, daß getrennte und jeweils einer Fahrzeugseite zugeordnete, unabhängig voneinander quer zur Fahrtrichtung verstellbare Bügel (12, 13) und Schleifleisten (14, 15) vorgesehen und über Stelleinheiten (8 bis 11) auf dem Wippengestell (7) befestigt sind.

2. Stromabnehmersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügel (12, 13) mit Auflaufhörnern mittels einer die zugeordneten Stelleinheiten (8, 10) beaufschlagenden Vorgabeeinrichtung (16) auf ein vorgeschriebenes Lichtraumprofil einstellbar sind.

3. Stromabnehmersystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifleisten (14, 15) mittels einer die zugeordneten Stelleinheiten (9, 11) beaufschlagenden Regelung (17) in Abhängigkeit des aktuellen Kontaktpunktes des Fahrdrahtes quer zur Fahrtrichtung verschiebbar sind.

4. Stromabnehmersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung (17) von einer Positionserkennung (18) zur Ermittlung des aktuellen Kontaktpunktes des Fahrdrahtes beaufschlagbar ist.

5. Stromabnehmersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserkennung (18) die mechanische Verteilung der auf die Schleifleisten (14, 14) einwirkenden Anpreßkraft erfaßt.

6. Stromabnehmersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserkennung (18) die elektrische Verteilung der von den Schleifleisten (14, 15) geführten Ströme erfaßt.