DE2165813A1

DE2165813A1 - Zweistufiger scherenstromabnehmer fuer hohe fahrgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE2165813A1
Application number: DE19712165813
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Bopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-12-29
Filing date: 1971-12-29
Publication date: 1973-07-05
Also published as: FR2166153A1; GB1417729A; IT973035B; DE2165813B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 1

Rüthning/rm Erf.-Nr. BI 71/112

Zweistufiger Scherenstromabnehmer für hohe Fahrgeschwindigkeiten

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Scherenstromabnehmer für hohe Fahrgeschwindigkeiten, bei dem einer Hauptschere ein massearmer Miniaturstromabnehmer aufgesetzt ist.

Solche zweistufigen Stromabnehmer sind z.B. durch die Zeitschrift "Die Bundesbahn" 9 (1971) S. 421/422 bekannt.

Dabei werden große, streckenbedingte Höhendifferenzen der Fahrleibung durch den großen unteren Hauptpantögraphen und die sinusförmigen Schwingungen der Fahrleitung durch den aufgesetzten kleinen Miniaturstromabnehmer ausgeglichen. Beide

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Stromabnehmer arbeiten passiv, d.li. , die Anpressung der Schleifstücke an die Fahrleitung erfolgt ungeregelt allein durch Federkraft. Solche Stromabnehmer sind bis 230 km/st gerade noch als brauchbar anzusehen. Noch höhere Geschwindigkeiten stellen weitere Anforderungen sowohl an die Wahl der Fahrleitung (Wechselstromfahrleitungen haben geringen Querschnitt), damit an eine härtere schwingungsärmere Aufhängung als auch an den Stromabnehmer selbst bezüglich gleichmäßige- ψ rer Andruckkraft und der Möglichkeit, schneller den dynamischen Bewegungen des Fahrdrahts folgen zu können.

Mit den herkömmlichen Stromabnehmern (selbst mit Wippen in Leichtbauweise) sind diese Bedingungen bereits um 300 km/st nicht mehr beherrschbar. Die Fahrleitungen werden heruntergerissen und die Stromabnehmer verbrennen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromabnehmer zu schaffen, der für die genannten Hochgeschwindigkeiten selbst für Einheitsfahrleitungen brauchbar ist und eine gleichmäßige Beanspruchung für die Oberleitung darstellt.

Diese Aufgabe wird für einen zweistufigen Stromabnehmer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Miniaturstromabnehmer als aktives, der Dynamik des Fahrdrahtes quasi trägheitslos folgendes Element konstanter Andruckpreßkraft aus-

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gebildet ist, der auf der Hauptschere eine feste Abstützung findet.

Die maximal mögliche Kraft für eine Verstellung des Stromabnehmers ist nun nicht mehr auf die übliche Federkraft des Stromabnehmers begrenzt, die aus der maximalen Andruckkraft der Schleifstücke gegen den Fahrdraht resultierte.

In Ausbildung der Erfindung ist für den Miniaturstromabnehmer eine den Schwankungen der Fahrdrahthöhe folgende aktive Hubänderung mittels eines oder mehrerer von einem Regelkreis beeinflußbarer Stellglieder vorgesehen. Es können nunmehr kurzzeitig um ein Vielfaches der Federkraft vergrößerte Beschleunigungskräfte für die schnellen Folgebewegungen der Stromabnehmerwippe bzw. der Schleifstücke herangezogen werden. Zweckmäßig ist es, einen Druckregelkreis mit konstanter Anpreßkraft als Sollwert für die Beeinflussung der Stellglieder vorzusehen. Denkbar ist auch, für den Druckregelkreis die Anwendung einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder vom Strom über den Stromabnehmer abhängige Führungsgröße vorzusehen.

Von konstruktivem Vorteil ist die Ausbildung des Miniaturstromabnehmers als Halbschere mit zwischen Ober-, und Unterschere angreifenden Stellgliedern. Damit läßt sich ein besonders massearmer Stromabnehmer schaffen. Zweckmäßig ist es besonders, wenn die Stellglieder an einen autarken Fluiddruckkreis ange-

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schlossen sind, dessen Druckerzeugungsmittel im bzw. am Drehgelenk oder auch Fußpunkt der Abstützung des Miniaturstromabnehmers angeordnet sind. Die Massen der Regelanordnung müssen dann nicht mitbewegt werden.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung sollte weiterhin für die Versorgung des Druckregelkreises mit fluidischer, vorzugsweise hydraulischer Hilfsenergie eine von einem hochtou-

W rigen Motor angetriebene Druckpumpe allein oder in Verbindung mit einem Speicher vorgesehen sein. Der Motor ist dabei pneumatischer oder hydraulischer Art und über Rohrverbindungen in den Holmen sind ein bewegliches Schlauchstück sowie gegen die FahrdrahtSpannung isolierende JRohrleitungen im Isolator an die Druckmittelversorgung des Fahrzeugs angeschlossen. Dadurch, daß die HauptZuleitungen in die Holme gelegt sind, wird die Eigenfrequenz des Miniaturstromabnehmers nicht verschlechtert. Als Stellglieder sind vor allem Stellzylinder vorgesehen, die an Holmen der Ober- und Unterschere des Miniaturstromabnehmers angreifen. Diese können bei Mehrfachanordnung an den seitlichen Oberscherenholmen beidseits des Drehgelenks des Miniaturstromabnehmers angreifen. Letzteres kann z.B. erforderlich werden, wenn das Drehgelenk infolge Aufnahme der Druckerzeugungsmittel relativ lang gehalten werden muß. Anstelle von Stellzylindern können auch Drehflügelanordnungen Verwendung finden mit im oder am Drehgelenk fest angebrachtem Gehäuse.

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An der trägheitsarmen Drehflügelachse sind dann die seitlichen Oberscherenarme des Miniaturstromabnehmers befestigt. Weitere vorteilhafte Möglichkeiten der Ausgestaltung der Erfindung sind der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.

Anhand .eines schematischen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Eg zeigen:

Fig. Λ einen zweistufigen Halbscherenstromabnehmer, Fig. 2 den hydraulischen Regelkreis in Blockbilddarstellung.

In Fig. Λ ist mit 1 eine Fahrleitung bezeichnet, an der Doppelschleifstücke 2 einer Stromabnehmerwippe anliegen. Der Wippe sind ein oder mehrere Fühler 3 zugeordnet, die für eine Umsetzung der Anpreßkraft der Doppelschleifstücke in proportionale Meßspannungen vorgesehen sind. Die Fühler sind z.B. piezoelektrischer Art. Die Wippe mit Doppelschleifstücken 2 und Fülllern 3 gehört zu einem Miniaturstromabnehmer 6 geringer Masse. Zwischen den Holmen 9 und 9* der Ober- und Unterschere des Miniaturstromabnehmers, die durch ein Drehgelenk 5 verbunden sind, greift ein Stellglied 4-, hier ein Stellzylinder, an. Für die druckhydraulische Versorgung des Stellglieds 4- ist ein autarkes Motorpumpenaggregat 7>8 vorgesehen, das im Drehgelenk 5 untergebracht ist. Der untere Holm 9 des Miniaturstromabnehmers 6 stützt sich im Fußpunkt 10 fest auf den oberen Holm

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11 einer Hauptschere 12 auf» Diese wird von einem hier z.B. mit Druckluft beaufschlagten Verstellzylinder 13 bewegt. Die Druckmittelversorgung des Motors 7 des Motorpumpen-iggregats 7,8, vorzugsweise eines hydraulischen Motors, erfolgt über feste Rohrverbindungen I5 im Innern der Holme 9,11,11', ein bewegliches Schlauchstück 14 sowie über gegen die Fahrdrahtspannung isolierende Rohrleitungen im Isolator 16. Druck-, schläuche am aktiven Miniaturstromabnehmer 6 sind vermieden, da diese "atmen" und die erforderlichen hohen Eigenfrequenzen für die Regeldynamik verschlechtern wurden. Der gesamte zweistufige Stromabnehmer 6,12 ist über-Isolatoren 16,17 auf dem Fahrzeugdach 18 montiert.

Im Druckregelkreis nach Fig. 2 ist mit 20 ein Druckregler angedeutet, der auf konstante Anpreßkraft der Schleifstücke 2 des Miniaturstromabnehmers 6 gegen die Fahrleitung 1 regelt. Der Regler hat grundlegend die im Kästchen angedeutete Stouoekennlinie, d.h. I-Verhalten. Durch Rückführungen bekannter Art kann die Regeldynamik den Erfordernissen entsprechend angepaßt und variiert werden. Am Eingang des Reglers 20 liegen der gewünschte Sollwert P -,-, und der herrschende Istwert P-jot^er Anpreßkraft.Letzterer wird vom Fühler J vorgegeben. Für den Fall, daß künftige Untersuchungen eine eindeutige Abhängigkeit der Anpreßkraft, z.B.von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder abgenommenen Stromstärke an den Schleifstücken ergeben sollten,kann statt des festen Sollwerts auch eine Führungsgröße desselben

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treten. Die Regelabweichung P ,,-P. . läßt den Regler 20 gegebenenfalls über eine Verstärkerstufe ein Steuerventil 19» z.B. mittels Tauchspulanordnung, stellen. Das Steuerventil 19 liegt in einem Umlauf der von dem Hydraulikmotor 7 angetriebenen Pumpe 8, d.h. parallel zu dem doppelt wirkenden Stellglied 4 und ermöglicht eine veränderliche Verbindung von der Druck- zur Saugseice der Pumpe und außerdem eine Umkehrung der Strömungsrichtung der Pumpe bei negativer Regelabweichung. Als Steuerventil 19 kann dabei eines mit mittlerer Sollage dienen. In dieser Stellung ist z.B. das Ventil offen und die Pumpe 8 kurzgeschlossen, so daß am Stellglied 4 kein Druck anliegt. Dieser Fall entspricht dem Koordinatennullpunkt der Steuerkennlinie von Regler 20. Bsi positiver oder negativer Richtung des Hubes des Steuerventils 19 dagegen beginnt sich entsprechend der positiven oder negativen Regelabweichung auch das Stellglied >\ zu bewegen. Bei positiver Regelabweichung beginnt beispielsweise der Miniaturstromabnehmer zu steigen. Bei größter positiver Regelabweichung entsteht die größte positive Steiggeschvjindigkeit. Sie muß größer sein als die größte Hubgeschwindigkeit des Fahrdrahts bei höchster Fahrzeuggeschwindigk'iit. Ifit die Regelabweichung negativ, so schaltet das Steuerventil den Fluidctrom für das Stellglied 4 um und sperrt in steigendem Mn<?e den Bypaß des Steuerventils 19 ab, bis der volle FluiiGfcrom'das Stellglied 4 treibt. Die Druckmittelversorgung generell kann durch parallelgeschaltete Speicher, z.B. Hydrospeicher, gestützt und verbessert werden.

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Zu erwähnen ist noch ein Tachometergenerator 21, der vom Druckmittelmotor angetrieben wird und der Eigenstromversorgung des Regelkreises dient.

Denkbar sind auch Lösungen, bei denen für den Antrieb des Motorpumpenaggregats 7)8 ein Elektromotor herangezogen wird. Seine Speisespannung könnte ebenso wie die Hilfsenergieversorgung des Regelkreises für den Miniaturstromabnehmer 6 über L· einen Trenntransformator oder einen Kondensator direkt von der Fahrdrahtspannung abgenommen werden.

Wenn im Fahrzeug eine ausreichende und konstante Druckmittelversorgung vorhanden ist, dann ist es auch möglich, diese direkt einzusetzen, d.h., man'kommt dann ohne zwischengeschaltetes Motorpumpenaggregat 7»8 aus. Das ist jedoch bislang meist nicht der Fall gewesen.

Im Fahrbetrieb ist zur Überbrückung der großen Höhendifferenz

^w zur Fahrleitung 1 die große Halbschere 12 aufgestellt und verklinkt. Der Miniaturstromabnehmer 6 mit seiner geringen Marcse (um 10 kp) hat einen Arbeitsbereich von etwa + 20 cm. Die Fahrleitungen müssen mit dieser- Toleranz in der Nennhöhe verlegt sein.

Vor der Inbetriebsetzung des Fahrzeugs sind beide Stufen des Stromabnehmers zusammengeklappt. Zur Inbetriebsetzung wird zu-

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nächst der Hydraulikmotor 7 durch die Holme 9>11 und 11', Schlauchstück 14 und Isolator 16 versorgt und der Miniaturstromabnshmer 6 dadurch in Höchststellung gebracht, da der Gegendruck der Fahrleitung 1 noch fehlt. Danach wird die Hauptschere 12 vom Druckzylinder 13 gehoben und verrastet. Das sich dabei an die Fahrleitung anlegende Doppelschleifstüok 2 veranlaßt entsprechend dei? oingestellten AnpreßsollkrBJtt eine Senkung des Miniaturstromabnehmers 6 gemäß der laufenden Überwachung der Anpreßkraft. Die Anlage ist so konzipiert, daß bei einem Fehler in der Hydraulik eine Sicherheitsschaltung dafür sorgt, daß ein sofortiges Absenken des Stromabnehmers erfolgt.

Durch die Erfindung wird ei¹.:, stets konstante, in Fahrtrichtung wandernde Anpreßkraft erzeugt, die jeder Dynamik der Fahrleitung 1 folgt und Sn^- das Kettenhängewerk der Fahrleitung als massslon betrachtet werden kann. Auch bei hohen Geschwindigkeiten unterbleiben Kontaktunterbrechungen zwischen Fahrleitung und den Schleifstücken.

9 Seiten Beschreibung

18 Patentansprüche
1 BIatu Zeichnungen

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 1

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Patentansprüche

rl.))Zweistufiger Scherenstromabnehmer für hohe Fahrgeschwindigkeiten, bei dem einer Hauptschere ein massearmer Miniaturstromabnehmer aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Miniaturstromabnehmer (6) als aktives, der Dynamik des Fahrdrahts (1) quasi trägheitslos folgendes Element konstanter Anpreßkraft ausgebildet ist, das auf der Hauptschere (12) eine feste Abstützung findet.

*' 2.) Scherenstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Miniaturstromabnehmer (6) eine den Schwankungen der Fahrdrahthöhe folgende aktive Hubänderung mittels eines oder mehrerer von einem Regelkreis beeinflußbarer Stellglieder (4-) vorgesehen ist.

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3·) Scherenstromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregelkreis mit konstanter Anpreßkraft als Sollwert für die Beeinflussung der Stellglieder (4) vorgesehen ist.

4·.) Scherenstromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Druckregelkreis eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder vom Strom über den Stromabnehmer abhängige Führungsgröße vorgesehen ist.

5.) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Miniaturstromabnehmer (6) als Halbschere mit zwischen Ober- und Unterschere angreifendem Stellglied bzw. Stellgliedern (4) ausgebildet ist.

6.) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (4) an sinen autarken Fluiddruckkreis angeschlossen sind, derben Di-uckerzeugungsmittel im bzw. am Drehgelenk (5) "fer ~i.:h Fu"Spunkt (10) der Abstützung des Miniaturstrojhal-~ .ihaiers (G) angeordnet sind.

7.) Gv-LeroM^tronieibnehmar nach einem der vorhergehenden Anrj-,-"ohe, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglieder O'i)

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Stell zylinder Verwendung finden, die c-.i. Holmer. (9,?*)
der Ober- und Unterreliere de Minio turnt Tonabnehmer^
(G) angreifen.

0.) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aln Stellglieder (^yO Drehflügel Verwendung finden mit iir oder am Drehgelenk (5) fest angebrachtem Gehäuse.

9.) Scherenstromabnehmer noch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Versorgung dec Druckregelkreises mit fluidischer, vorzugsweise
hydraulischer Hilfsenergie eine von einem hochtourigen Motor (7) angetriebene Druckpumpe (8) allein oder in
Verbindung mit einem Speicher vorgesehen ist.

10!) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor

^ψ (7) pneumatischer oder hydraulischer Art ist und über

Rohrverbindungen (15) in den Helmen (9»11 ·>^Λ·^ ') t -i-ⁿ "bewegliches Schlauchrtück (I⁷O ccvie gegen die Fahrdx-ahtspannung isolierende Rohrleitungen im Isolator (16) an die Druckmittelversorgung des Fahrzeugs angeschlossen ist.

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I¹.) Cjhsra-r-tro^abnahnier nach einem der vorhergehenden

Aii-iprüaho, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerte für die Anpreßkraft der Schloifstücke (2) gegen Jen Fahrdraht' [I) von L¹UIiI orn (3) an den Schleifstücken der tragendem Wippe oder· augeordne ton 'Elementen erfaßt und cLiUiiu Druckroglei* (20) augefährt werden, der an nicht ir. lie 7or3tellmasse eingehenden Teilen des Hiniaturr*ii (G) befestigt iat.

?2.) ^ 'Lcroristromabnehsor na'cii einem der vorhergehenden Anrprüche, dadurch gekoruiüeiohnet, daß der Druckregler ^--O) intögralec Grundverhaltsn auiVcint, das mittels o! ..ktx'oriiuohjr odex* f luidinchoi Rückführungen zum F-, r-L, P-S o-ier PI-B Verhalten variierbar ist.

1J·} G^h'jr-jnntraniabneliiiier nach einem der vorhergehenden AriTprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschere (12) in ihrer Hochstallung kröfteatabil verklinkt ist.

1".) ScherönotromabnohniöJ' nach oinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 'Viß der MiniaturstromubnohmeL' (6) Lm Fußpunkt (10) se^Amv Abstützung auf der [Iauptschore (¹2) starr mit dieser verbunden L;;t.

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15·) Scherenstromabnehmer nnc.h einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsenergieversorgung für den Regelkreis des Miniaturstromabnehmers (6) von einem Generator (21) erfolgt, der vom Motor (7) mitangetrieben ist.

16.) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hilfsenergieversorgung für den Regelkreis des Min'aturstromabnehmers (6) ein für maximale Fahrdrahtspannung ausgelegter Trenntransformator oder ein Kondensator vorgesehen ist.

17·) Scherenstromabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (7) für die Druckpumpe (8) ein Elektromotor ist, der über den Trenntrafo gespeist wird.

18.) Seherentransformabor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem elektronischen oder hydraulischen Fehler ein Abziehen des gesamten Stromabnehmers durch die Hauptschere (12) vorgesehen ist.

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