DE2235723A1

DE2235723A1 - Stromabnahmevorrichtung fuer trassengebundene fahrzeuge

Info

Publication number: DE2235723A1
Application number: DE2235723A
Authority: DE
Inventors: Dieter Modersohn; Rudolf Dipl Phys Dr Rer Zurek
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1972-07-20
Filing date: 1972-07-20
Publication date: 1974-01-31
Also published as: US3847256A; BE800836A; FR2193724A1; FR2193724B1; CA981769A; IT989929B; GB1416100A; DE2235723C3; DE2235723B2; JPS4944410A; NL7309922A

Description

K r a u β s - M a £ £ e i TF 515

Aktiengesellschaft

München 50 2235723

Stromabnalraevorriohtung für tras0©ngebund©»® iFahrseuge

Die Erfindung bezieht eich auf ©1b© Stromabnahjne^orriohtung für trassengebundene Fahrzeuge, insbesondere Schwebe« fahrzeuge hoher Geschwindigkeit, mit einem am Fahrzeug angelenkten Eontaktträger und in diesen federnd eingesetzten KontaktetUoken, die auf fahrbshnseitigen Stromschienen schleifen.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (OS 1 905 587) erfolgt die Führung des Kontaktträgers durch Sie Kontaktetüoke, die auf mindestens drei in einem regelmäßigen Vieleck angeordneten, sich p®r@ll@l jsur Fehrbahn erstreckenden Stromschienen schleif ess. Bi© von den Kontaktstüoken auf den Kontaktträger ausge-übten £räft@ bewirken dessen Selbstzentrierung* so das eine spezielle mechanische Anlenkung dee Kontaktträgers en dem Fahrseug nötig ist/ die nur Zugkräfte auf den Kontaktträger ausübt,

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Hinzu kommt, daß diese bekannte Stroi^bnehmevorriohtung naturgemäß nicht ohne besondere Maßnahmen von den Stromschienen eeitlioh entfernt imd erst recht nicht bei hohon und höchsten yahrseugceschwindigkeiten alt diesen in Eingriff gebracht werden kann. Dies ist jedoch im Hinblick auf Hochgeschwindigkeitßweichen, die alt hächßteu Fahrgeschwindigkeiten befahren werden, unerläfllioh*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromabnahmevorrichtung der eingange genannten Art anzugeben, die bei einfachem Aufbau den von Hochgesehwindigkeitsweichen gestellten Anforderungen gerecht wird und sich durch eine in hohem Grude gleichmäßig gute Kontaktgabe zwischen den Stromschienen und den KontaktatUckcra auszeichnet. · ^,

Erfindungsgemäß wird dAftße Aufg0$o dadurch gelöst, daß bei einseitiger Anordnung der"Stromschienen relativ zum Kontaktträger dieser zur Erzielung, einer Bev/ogbarkeit relativ zum Fahrzeug im wesentlichen in Richtung der resultierenden Anpreßkra-ft der Stromabnahme vorrichtung auf die Stromschienen um eine eigene schienenparallele Achse verdrehbar in mindestens einem Hebel gelagert ist, der seinerseits ua eine schienemparallele Fahrzeugachse verschwenkbar am Fahrzeug angelenkt und zur Erseugung der Anpreßkraft von einer Druck-*b?w. Zugfeder

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beaufschlagt let, deren Anlenkpunkt am Fahrzeug derart gewählt ist, daß die gedachte Verbindungslinie durch die Pederanlenkpuakte ®ra Hebel und &m !Fahrzeug in Normallage des Hebele den gedachten Kreis durch die -Fshrzeuganlenkpunkte des Hebels und der Druck- bzw. Zugfeder mit dem Mittelpunkt auf der gedachten Verbindungslinie dieser .Fahrzeuganlenkpunkte ein weiteres Mal, und zwar außerhalb bzw. innerhalb des durch die beiden Pahrzeuganlenkpijokte und den Federanlenkpunkt am Hebel in Normallage gebildeten gedachten Dreiecks schneidet.

Durch die einseitige Anordnung der Stromschienen ist die geforderte Lösbarkeit der Stromabnahmevorrichtung von den Stromschienen gegeben, ohne daß es, wie bei'der eingangs beschriebenen bekannten Stroraabnahmevorrichtung₉ spezieller Maßnahmen zum Zurückziehen einzelner Kontaktstücke bedarf. Die Stromabnahmevorrichtung kann sich somit beim Durchfahren einer Weiche mit hoher Geschwindigkeit seitlich von der Stromschienenanordnung entfernen und in gleicher Weise an diese herangeführt werden·

Die einseitige Stromschienenanordnung: ermöglicht zwar keine Zentrierung des Kontaktträgere durch die von den Kontakt stücken, auf den Kontaktträger ausgeübten Kräfte, eine die gewünschte gleichmäßige Kontaktgabe aller

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Kontaktstüoko gewährleistende Führung des Kontaktträgere wird jedoch durch die erfindungsgemäße Anlenkung erreicht, die den Kontaktträger vertikalen Fahrzeugbewegungen folgen läßt, ihn von horizontalen Fanrzeugquerauslenkungen dagegen entkoppelt, indem die erfindungsgemäße Anlenkung der Feder ein von einer horizontalen Fahrzeugquerauslenkung im wesentlichen unabhängiges Moment auf den Hebel ausübt, was einer im wesentlichen konstanten Anpreßkraft gleichkommt. Das von der Feder auf den Hebel ausgeübte Drehmoment erweist sich deahalb als im wesentlichen konstant, da bei der angegebenen Lage des Anlenkpunktes der Feder am Fahrzeug die Auslenkung des Hebels aus seiner ITormallage mindestens in einer Richtung eine die FederkraftändBrung zum Teil kompensierende Änderung des wirksamen Hebelarms der Feder zur Folge hat.

Diese Teilkompensation findet im gesamten Auslenkbereich des Hebels vorteilhaft dann statt, wenn der Anlenkpunkt der Druck- bzw. Zugfeder am Fahrzeug derart gewählt ist, daß der zweite Schnittpunkt der gedachten Verbindungslinie durch die Federanlenkpunkte mit dem gedachten Kreis bei allen im Fahrzeugbetrieb auftretenden Yiinkellagen des Hebels auf derselben Seite der gedachten Verbindungslinie der Fahxzeuganlenkpunkte liegt.

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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung iet eine druckfeder zur Erzeugung der Anpreßkraft vorgesehen. . Wenn diese unter spitzem Winkel am Hebel angelenkt ist, ergibt sich ein äußerst kompakter und raumsparender Aufbau der Stromabnahoevorrichtung.

Vorteilhaft ist* eine Druck- bzw. Zugfeder mit einer Tederkonstanten vorgesehen, die als unvermeidbare Änderung der resultierenden Anpreükraft einen bei Hebelaussjjhlägen aus der liormallage nach beiden Seiten praktisch tibereinstimmenden- Anpreßkraftabfall gewährleistet. Hierdurch wird sichergestellt, daß im Bereich der am häufigsten vorkommenden Pendelungen des Hebels, nämlich unmittelbar bei seiner Normallage, die Anpreßkraftänderungen minimal sind und auch bevmaximaler Hebelauslenkung auf keiner Seite ein übermäßiger Anpreßkraftschwund zu vorzeichnen ist. -

Vertikale Fahrzeug- bzw. Kontaktträgerbewegungen werden durch die Breite der Schleifflächen der Stromschienen, die den vorkommenden Betriebswerten der Vertikalbewegung angepaßt sind, aufgefangen.Damit auch diese Pahrzeugbewegungskomponenten ohne jeden Einfluß auf die Gleichheit der Anpreßkräfte der einzelnen Kontakt st ticke auf die Schienen bleiben,ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Stromschienenjubene Schleif flächen aufweisen, die in zueinander parallelen Ebenen verlaufen*

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Die angestrebte gleichmäßige Verteilung der von der Druck- "bzw. der Zugfeder aufgebrachten Anpreßkraft auf alle Kontaktstücke kann auch durch eine ungünstige Gewichtsverteilung im Kontaktträger beeinträchtigt werden. Vorzugsweise ist der Kontaktträger daher um seine schienenparallele Schwerachse drehbar gelagert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Auaführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 . eine Anordnung zur Stromübertragung mit einer erfindungsgemäßen Stromabnahmevorrichtunc in perspektivischer 3chematischer Darstellung,

Fig. 2 die kinematisch^. Feder-Hebelanordnung der erfindungsgemäßen Strata biiahmevorrichtung in schemati scher Darstellung,

F^g. 3 Diagramme sur Darstellung der Abhängigkeit des reziproken Hebelarms der Druckfeder vom Hebelausschlag und

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Federanpreßkraft vom Hebelausschlag.

En Hang der Fahrbahn 1 des in der Zeichnung nicht näher dargestellten Schwebefahrzeugs 2 sind drei Stromschienen 3,4,5 eines Drehstromsysterne zur Stromversorgung des

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Schwobefahrzeugs 2 parallel zueinander auf Sttttzisola-, tore» 6,7,8 montiert (Pig, 1). Di© Schleifflächen der Stromschienen 3»4,5 liegen in zueinander parallelen vertikalen Ebenen.

Die am Schwebefahrzeug 2 angebrachte und mit dem Schienensystem im Eingriff befindliche Stromabnahmcvorriehtung 9 besteht aus einem verwindungssteifen Kontaktträger 10 von einer aerodynamiBoh möglichst günstigen Gestalt (in Pig. 1 nur sehematisch dargestellt), in dem drei Reihen Kontaktstücke 11,12,13 über Pedera und Dämpfer (nicht dargestellt) eingesetzt sind. Die Kontaktstucke jeder Reihe schleifen jeweils auf einer der Stromschienen 3,4,5.

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Der Kontaktträger 10 ist um eine Achse 14 verdrehbar gelagert, die zur Richtung der Stromschienen 3,4,5 parallel "verläuft und die in der llormallage der Kontaktstücke 11,12,13, d.h. bei Sollabstand zwischen dem Kontaktträger 10- und den Stromschienen 3,4,5, der Schwerachse des Kontaktträgers 10 mit den Kontaktstücken 11,12,13 entspricht. Die Lagerung erfolgt in auf die Stromschienen gerichteten Armen zweier gleich ausgebildeter dreiarmiger Hebel 15,16, die iait ihrem nach oben weisenden Arm jeweils am Schwebefahrzeug 2 in Punkten 17,18 vorschwenkbar angelenkt sind, wobei die Funkte 17,18 ebenfalls auf einer schienenparallelen Achse 19 liegen.

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Die Schweracheo 14 und die Achse 19 liegen in der Normallage dos Kontaktträgers 10 etwa übereinander, so daß die vertikalen Komponenten der Schwebefahrzeugbewegungen (Höhen-, Roll-, Gier- und Iiickbewegungen) über die Hebel 15 »16 auf den Kontaktträger 10 und die Kontaktstücke 11,12,15 übertragen v/erden. Dies iet möglich, weil die Breitender zueinander parallelen Schienenschleif flächen und der Kontoktstücke 11,12,13 so aufeinander abgestimmt sind, daß ein Abgleiten der Kontaktstücke von den Schienenschleifflächen bei allen vorkommenden Vertikalbewegungen des Schwebefahrzeuge 2 sicher ausgeschlossen ist.

Die vom Schwebefahrzeug 2 auf den Kontaktträger 10 ausgeübten Mitnahmekräfte in Fahrtrichtung v/erden in den Lagerpunkten in der Schwerachse 14 in den Kontaktträger 10 eingeleitet.

Am Ende des schräg nach unten weisenden dritten Armes jedes Hebels 15 bzw. 16 ist in) Punkte» 25 bzw. 26 eine Druckfeder 20 bzw. 21 angelenkt, die am Schwebefahrzeug 2 gelenkig abgestützt ist, wobei auch diese Fahrzeuganlenk· punkte 22,23 in einer schienenparallelen Achse 24 liegen. Es können Schraubenfedern oder auch andere Pederausführungen zur Anwendung kommen.

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Den Druckfedern 20,21 kommt einerseits die Aufgabe' zu, "' den Kontaktträger 10 mit den federnd eingesetzten Kon- · ' taktstücken 11,12,13 gegen das Stromschienensystem zu pressen, andererseits müssen sie horizontale Querkompo- " nenten der vorkommenden Fahrzeugbewegungen möglichst so aufnehmen, daß eine Veränderung der Anpreßkraft des Kontaktträgers" 10 auf die Stromschienen 3,4,5 bei diesen Bewegungakomponenten unterbleibt, d.h., daß eine Entkopplung des Kontaktträgers von horizontalen Schwebefahrzeugquerbewegungen erfolgt.

Die von. den vorgesehenen Druckfedern 20,21 ausgeübte Anpreßkraft kann dann praktisch konstant sein, wenn eine Veränderung der länge und damit der Kraft der Druckfedern infolge einer derartigen horizontalen Schwebefahr ζ eugcj.uerbewegung von einer entgegenwirkenden Änderung des wirksamen Hebelarms der Druckfedern begleitet ißt.

Pig. 2 zeigt sohematisch die kinematische Feder-Hebelan-.Ordnung der Stromabnahmevorrichtung gemäß Fig. 1. Der Punkt A des i» Fig. 2 dargestellten Hebels H liegt in der Achse 19 der Fahrzeuganlenkpunkte 17_f18 der Hebel 15,16, der Punkt 0 in der Schwerachse H des Kontaktträgers 10, in der die Anpreßkraft P_Q in den Kontaktträger 10 eingeleitet wird, und der Punkt D in der

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achionenparallelen Achse der Anlenkpunkte 25,26 der Druckfedern 20,21 an den Hebeln 15,16.

Me im Punkt D angelenkte Druckfeder S stellt die Druckfedorn 20,21 gemäß.Fig.1 dar, wobei der Punkt B der Feder S am Schwebefahrzeug in der Achse 24 der Anlenkpunkte 22,23 der DruckfOdern 20,21 liegt.

Die Wirkungsweise der kinematischen Feder-Hebelanordnung gemäß Fig. 2 ist folgend^:

Im Punkt C wird für alle Hebelausschlagwinkel e< eine praktisch konstante Anpreßkraft F gefordert. Dies entspricht einen konstanten Drehmoment H=F . 1 (1) um den Punkt A, solange die Ausschläge relativ zum Hebelarm 1_Q der Anpreßkraft F₀ kleip. sind und coso(#1 gesetzt v/erden kann. Das Drehmoment wird durch die Druckkraft F der T'eder S erzeugt, die mit einem Hebelarm d wirksam ist. Es gilt somit M = F · d (2) und die Forderung M = H₀ (3). Bei Hebelausschlagswinkeln <* ändert die Feder S ihre Federkraft F mit dem Federweg f gemäß F = c · f (4), wobei c ie Fedorkonstante ist. Aus der Forderung nach einem für alle AuaschlagswinkeK konstanten Drehmoment M ergibt sich somit die Forderung nach einem sich umgekehrt proportional zum Federweg f ändernden Hebelarm d, d.h. es muß gelten: 1/d^f (5). .

Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm zeigt die Abhängigkeit des reziproken Hebelarms 1/d vom Hebelausschlagswinkel«(

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bzw. vom Federweg f. Bei geeigneter Wahl der relativen lage der Punkte A,B und D ergibt sich die eingezeichnete Kurve 1, die der geforderten linearen Abhängigkeit zwischen dem reziproken Hebelarm 1/d und dem Federweg f sehr nahe kommt,·ohne sie allerdings exakt erreichen zu können.

Die relative lage der drei Punkte A,B und D ist stets geeignet, wenn der weitere Schnittpunkt E der Geraden DB in Ruhelage des Hebels (X= o) mit dem Kreis durch die Punkte A und B mit dem Mittelpunkt M auf der Verbindungsgeraden AB außerhalb des gedachten Dreiecks ADB und genügend weit vom Punkt B entfernt liegt. E3 kann dann erreicht worden, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, alle vorkommenden Schnittpunkte E*, E und Eⁿ außerhalb dee gedachten Dreiecks ADB liegen,, so daß die Steigung der Abhängigkeit 1/d (f) ihr Vorzeichen im Bereich —oC _mav £ 0 <·*■ o^max ^wie gemäß*Kurve 1 nicht ändert.

Liegen dagegen alle Schnittpunkte E innerhalb des Dreiecks ADB auf der Geraden DB, ergibt sich eine.Abhängigkeit 1/d (f), die dem Verlauf der in Flg. 5 dargestellten Kurve 2 entjspricht, für die keine geeignete Federkonstante c für die Feder S existiert, die den gewünschten konstanten Verlauf für F₀ auch nur angenähert erreichen läßt, da eine Änderung der Federkraft F stets mit einer gleichwirkenden Änderung des Hebelarms d der Feder S verknüpft iflt*-.,

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Aus den Gleichungen (2), (3) und (4) ergibt sich durch einfache Umrechnung, daß die zur E_rzeugung dos konstanten Drehmoments M erforderliche Federkonstante der Feder S theoretisch die Größe c^ = M₀ (6) haben muß, d.h., die Federkonstante müßte eine Funktion des Hebelausschlagsv/inkei3 e< sein, da, wie bereits erwähnt, kein linearer Zusammenhang zwischen dem Hebelausschlagswinkel «*. und dem reziproken Hebelarm 1/d besteht. Ersichtlich ist diese Forderung bei Verwendung beispielsweise einer einfachen -Schraubenfeder mit einem konstanten Viert der Federkonstante nicht exakt zu erfüllen.

Die Größe der optimalen Federkonstante kann jedoch dadurch bestimmt v/erden, daß an die in Fig. 3 schematisch gezeichnete Kurve 1 eine etwa in dem Mittelbereich diese Kurve 1 berührende Gerade so gelegt wird, daß die Abweichungen der Kurve von der Geraden in vertikaler Richtung (4 -j )₁ bei f_ain und (A \ )₂ bei f_mQx gleich groß werden. Die Steigung dieser Geraden, multipliziert mit dem geforderten Drehmoment Il , ergibt nach Gleichung (6) die erforderliche Federkonstante c_Q der Feder S

Der Ersatz des theoretisch geforderten Verlaufs der Federkonstanten durch diese Federkonatante c_Q = const führt nach Fig. 3 bei zunehmenden Hebelausschlägen aus der Ruhelage nach beiden Seiten zu zu kleinen Werten der

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tatsächlich wirksamen Federkonstante (c = O_x, ). Dies

^x ο th/

"bedeutet, daß die Anpreßkraft F mit größeren Hebelausschlagswinkeln <λ zu beiden Seiten der Ruhelage des Hebeis annähernd gleich stärk abfallt. Pig. 4 zeigt diesen Verlauf der Anpreßkraft F_Q schematisch. Pur geeignete relative lagen der Punkte A,B- und D zueinander und nicht zu große Hebelausschlagswinkel <^ "betragen die Abweichungen in den Extremlagen des Hebels von der Größe der Kraft P in der Mitt„j9llage de3 Hebels aber nur einige Prozent. Die beschriebene kinematische Feder-Hebelanordnung ' . liefert daher auf einfache Weise eine für den genannten Anwendungszweck hinreichend konstante Anpreßkraft.

Anstelle der Druckfedern 20,21"können auch Zugfedern in geeigneter Weise zur Erzielung einer nahezu auslenkungsunabhängigen Anpreßkraft P_Q eingesetzt werden. In diesem Falle muß die relative lage der Punkte A,B und D jedoch "so gewählt werden, daß die Schnittpunkte E der Geraden DB mit dem Kreis um die Punkte A,B nicht außerhalb sondern innerhalb des gedachten Dreiecks ADB liegen, was allerdings zu weniger kompakten Anordnungen führt«,

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Claims

Patentansprüche

Stromabnahmevorrichtung für trassengebundene Fahrzeuge, insbesondere Schwebefahrseuge hoher Geschwindigkeit, mit einem am Fahrzeug angelenkten Kontaktträger und in diesen federnd eingesetzten Kontaktstücken, die auf fahrbahnseitigen Stromschienen schleifen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseitiger Anordnung der Stromschienen (3,4,5) relativ sum Kontaktträger (10) dieser zur Erzielung einer Bewegbarkeit relativ zum Fahrzeug im wesentlichen in Richtung der resultierenden Anpreßkraft der Stromabnahmevorrichtung (9) auf die Stromschienen (3,4,5) um qlne eigene schienenparallele Achse (14) verdrehbar in mindestens einem Hebel (15, 16; H) gelagert ist, der seinerseits um eine schienenparallele Fahrzeugachse (19; A) verschwenkbar am Fahrzeug (2) angelenkt und sur Erzeugung der Anpreßkraft von einer Druck- bzw. Zugfeder (20,21; S) beaufschlagt ist, deren Anlenkpunkt (22,23; B) am Fahrzeug (2) derart gewählt ißt, daß die gedacht© Verbindungslinie (DB) durch die Federanlenkpunkte (D,B) am Hebel (H) und am Fahrzeug (2) in Hormallage des Hobels (H) den gedachten Kreis durch die Falixzeuganlenkpunkte (A,B) dee Hebeis (H) und der Druck- bzw. Zugfeder (S) alt dem Mittelpunkt (M) auf der gedachten Verbindungßlinie (AB)

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dieser Fahrzeuganlenkpunkte (Α,Β) ein weiteres Mal, und zwar außerhalb bzw. innerhalb des durch die beiden Fahraeuganlenkpunkte (Α,Β) und den Federanlenkpunkt (D) am Hebel (H) in Normallage gebildeten gedachten Dreiecks (ADB) schneidet.
2. Stromabnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlonkpunkt (B) der Druck- bzw. Zugfeder (3) am Fahrzeug (2) derart gewählt ist, daß der zweite Schnittpunkt (E,E¹ und E") der gedachten Verbindungslinie (DB) durch die Federanlenkpunkte (D,B) mit dem gedachten Kreie bei allen im Fahrzeugbetrieb auftretenden Winkellagen (o<) des Hebels (H) auf derselben Seite'der gedachten Verbindungslinie. (AB) der Fahrzeuganlenkpunkte (Α,Β) liegt.
2·· Stromabnalimevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder zur Erzeugung der Anpreßkraft vorgesehen ist.
4. Stromabnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden • Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckbzw. Zugfeder (20,21; S) mit einer Federkonstanten (c_Q) vorgesehen ist, die als unvermeidbare linderung der resultierenden Anpreßkraft einen bei Hebelaus-

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achlägen (αθ aus der ITormallage (d-0) nach beiden Seiten praktisch tibereinetiiamenden Anp,reßkraftabfall gewährleistet.
5. Stromabnahmevorriehtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschienen 3,4,5 ebene Schleifflächen aufweisen, die in zueinander parallelen Ebenen verlaufen.
6. Strooabnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (10) um seine achienenparallelo Schwerachse (14) drehbar gelagert ist.

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