DE2241555A1 - Stromzufuehrung zu einem laengs einer bahn beweglichen verbraucher - Google Patents

Description

• Stromzufuhrun zu einsm .länge .er Bahn beweglichen Verbraucher Die Erfindung betrifft eine Stromzuführungsanlage für einen ortsveränderlichen, längs einer Bahn beweglichen Verbraucher. Das der Erfindung zugrundeliegende System ist sowohl ftLr die Speisung von relativ langsamfahrenden Tränen wie auch zur Speisung von eisenbahntechnischen Fahrzeugen mit hohen Geschwindigkeiten, insbesondere bei hohen Energieaufnahmen, geeignet.
• Ublicherweise werden z.B. Kräne über lreiphasen-Stromschienen, die im sog. Einebenensystem angeordnet sind, und zugehörige, meist federbelastete Gleitkontakte, versorgt. Derartige Anlagen sind bis zu mehreren hundert Metern lang. Die Abstände der Schienen untereinander betragen ca. 15 bis 40 cm. Diese Abmaße ergeben sich u.a. aus isolationstechnischen Gründen und aufgrund abzufangender Toleranzen der vom Kran beschriebenen Bahn während seiner Fahrt. Entsprechend den Abständen der Schienen nimmt eine solche Anlage mehr oder minder viel Platz in Anspruch.
• Aus elektrischer Sicht haften diesem System zwei Nachteile an. Erstens ergibt sich aufgrund der mechanisch notwendigen Schienenabstände eine nicht vernachlässigbare Reaktanz, die - abgesehen.vom Proximityeffekt, der bei unmittelbarer Nähe zweier Leiter zu berücksichtigen ist - in etwa proportional mit der Vergrößerung der Schienenabstände wächst. Insbesondere bei relativ großen Schienenquerschnitten, also bei geringem ohmschen Widerstand, kann die Reaktanz wesentlich größer sein als dieser selbst. Da in diesen Fällen eine Vergrößerung des leitfähigen Querschnitte nur in geringem Maße eine Verbesserung der Impedanz bringt, ist zur Herabsetzung des Spannungsverlustes eine Parallelverlegung von Kabeln mit relativ geringer Induktivität die einzig sinnvolle Lösung.
• Der Nachteil dieser Kompromißlösung besteht aber darin, daß sich neben der zusätzlichen Montage des Kabels auch eine spezifisch unterschiedliche thermische Nutzung der Querschnitte von Schiene und Kabel ergibt, eo daß eine optimale Nutsung des installierten Gesamtquerschnittes gar nicht möglich ist.
• Der zweite Nachteil der hier angeführten Anlage besteht darin, daß das sog. Einebenensystem unterschiedliche Reaktanzen von Aussen- und Mittenleiter mit sich bringt. Das führt bei symetrischen Lasten zu einem sog. schiefen Sternpunkt.
• In einem bereits bekannten Lösungsvorschlag wird zur Vermeidung der Nachteile ein neuer Weg beschritten.
• Das Einebenensystem wird - rein mechanisch gesehen -beibehalten. Allerdings werden in unmittelbarer Nähe 3eder einzelnen gontaktschiene isoliert angebrachte Kompensationsleiter geführt, die der Kontaktschiene elektrisch gleichwertig wird.
• Während also in der Kontaktschiene (z.B. bei Drehstrom) eine der drei Phasen liegt, liegen an den beiden Kompensationsleitern die beiden anderen Phasen, sodaß für die Bestimmung der Reaktanz nicht mehr der Abstand der Kontaktschienen untereinander, sondern der Abstand zwischen der Kontaktschiene und einem der in gleichen Abständen zu ihr angebrachten Kompensationsleiter maßgebend ist.
• Diese rein elektrisch durchaus befriedigende Lösung erfordert aber einen mechanisch erheblichen Aufwand, eo daß schon aus diesem Grunde nach einer anderen Lösung gesucht wurde.
• In Zusammenhang mit der Versorgung schnellfahrender Eisenbahnen mit Drehstrom treten gleiche elektrische Probleme auf. Die dabei auftretenden mechanischen Forderungen können mit dem zuvor genannten System nicht erfüllt werden. Es geht hierbei insbesondere um die Führung der Gleitkontakte und die Erzielung einer hohen Kontaktgüte.
• Verständlicherweise läßt sich eine hohe EontaktgiXte dann erreichen, wenn der Stromabnehmer von den Relativbewegungen des Fahrzeuges entkoppelt werden kann. Dieser sehr wesentliche Teil der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Führung des Gleitkontaktes ausschliesslich durch die Stromschienen selbst übernommen wird.
• Diese Überlegungen haben in einem bekannten Fall bereits zu einem Lösungsvorschlag geführt. Dabei werden die Stromschienen so angeordnet, daß sie die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden.
• Die Stromschienen werden über Isolatoren von außen gehalten und erlauben innerhalb der Dreieckspunkte die Führung eines symmetrisch ausgebildeten Stromabnehmers.
• Bei näherem Studium dieser Lösung fällt auf, daß durch die seitliche Begrenzung der unteren Strom-Führungs-Schiene die Möglichkeit für Schmutz- und Wassersammlung besteht, die mit Sicherheit die ordnungsgemäße Funktion des -Stromabnehmers beeinträchtigen kann.
• Aus ausführungstechnischen Gründen wird der Innenraum zur Aufnahme des Stromabnehmers bestimmte Abmaße nicht unterschreiten können, so daß die Stromschienen relativ weit auseinanderliegen. Das ist in Bezug auf die sich dadurch ergebene Induktivität und in Bezug auf eine ausreichend starre Ausführung der Schienenverlegung nachteilig.
• Die vorliegende Erfindung verfolgt das Ziel, eine Lösung ohne die zuvorgenannten Nachteile zu bieten.
• Gemäß Fig. 1 besteht die Schienenanlage aus drei rotations-symetrisch angeordneten Schienen (1, 2, 3) , deren Profile auf den sich zugewandten Seiten V-förmig ausgebildet sind urdnach außen hin 3 je um 1200 gedrehte Gleitflächen (4, 5, 6) aufweisen.
• Von einem bestimmten QuerschnittKan ist sinnvoll, die Einzelschiene rohrförmig, wie in Fig. 1 angedeutet, auszuführen. Der Skineffekt, der gerade bei hohen Strömen merkbar in Erscheinung tritt, würde sonst zu einer zS schlechten Ausnutzung des installierten Schienenquerschnittes führen. Die entstehenden Hohlräume können mit Schallabsorptionsmitteln ausgekleidet werden, die die Geräusche des vorbeifahrenden Stromabnehmers erheblich dämpfen.
• Ferner ist der Hohlraum zur Aufnahme einer elektrischen Heizleitung geeignet. U.U. ist auch eine Ausgestaltung zu einer Heißuftleitung denkbar.
• Im Interesse einer hohen Betriebssicherheit ist das Aufbringen einer el. Isolationsschicht 7, 8, 9 -besonders bei höheren Spannungen - vorzusehen.
• Eine Kurzschlußgefahr der Schienen untereinander durch Regen oder Schnee ist damit weitestgehend ausgeschlossen. Das zusätzliche Anbringen einer äußeren, nicht näher dargestellten Isolierung, als Berührungsschutz, ist prinzipiell möglich, sein Einsatz erscheint allerdings nur in besonders Personen gefährdeten Zonen sinnvoll. Auf freier Strecke ist zu erwarten, daß diese Isolation nicht erforderlich ist.
• Die Befestigung der Schienen untereinander kann z.B. mittels Isolatoren 1o, 11, 12 geschehen, die von der Innenseite her, mit durch die Löcher der Gleitfläche gesteckte Muttern verschraubt werden.
• Soll die Breite der Gleitfläche nicht durch Löcher unterbrochen werden, ist eine Anordnung gemäß Fig.2 vorteilhafter. Es sind aber auch noch andere Varianten denkbar, die auf den konkreten Fall besonders zugeschnitten sind.
• In Fig. 1 ist weiter eine Aufsteilmöglichkeit der Schienen gezeigt. Der als Isolator ausgebildete Puß 9 ist mittels der Schrauben 13 u. 14 mit dem Schienenpaket verbunden. Auf dem Betonsockel 18 wird der Fuß über die Schrauben 16, 17 gehalten.
• Der Fig. 2 ist zu entnehmen, in welcher Weise die Speisung des Schienenpaketes vorgenommen werden kann.
• Von den drei sektorförmigen Schienen (1-3) führen Anschlußfahnen (20,21,22) entsprechenden Querschnitts, jeweils um einen bestimmten Betrag hintereinander versetzt, senkrecht nach unten, wo die Möglichkeit besteht, den Kabelschuh des Speisekabels 23 zu befestigen.
• Die Stromabnahme selbst zeigt Fig. 3. Ein das Profil des Schienenpaketes umfassender Rahmen 24 0 hält um jeweils 120° versetzte durchbelastete Gleitkontakte, die ihrerseits in Isolationskörpern 28 befestigt sind.
• Der Rahmen 24 wird durch dieianliegenden Kontakte derart geführt, daß ein Ausscheren oder Abgleiten der Vorrichtung nicht möglich ist. Selbst ein um die Schienenlängsachse wirkendes Moment könnte die Vorrichtung in seinem Betriebsverhalten nicht schädigend beeinflussen.
• Wie bereits erwähnt, soll der Stromabnehmer so weit wie möglich vom Fahrzeug entkoppelt werden, damit die bei hohen Geschwindigkeiten auftretenden Störkräfte auf ein Mindestmaß reduziert werden.
• Ausfuhrungsgemäß wird das durch eine Schleppvorrichtung gemäß Fig. 5 erreicht.
• Hierin sind zu ersehen der Betonunterbau 18, die darauf montierten Isolatoren 15, sowie das Schienenpaket 31. Unter dem angedeuteten Wagenkasten eines Magnetschwebefahrzeuges 37 befinden sich die beiden Halterungen 33. Je nach Fahrtrichtung wird der Stromabnehmer 36 über die jeweils vorne liegende Zugstange 34 gezogen.
• Die zur Mitnahme des Stromabnehmers erforderliche Kraft wird vom Fahrzeug über die Halterung 33 auf die Druckfeder 32 und von dieser auf das Ende der Zugstange übertragen. Die Zugstange ist innerhalb der Halterung frei beweglich und bei 35 kardanisch eingehängt. Wenn die Länge der Zugstange auf die Seiten- bzw. Höhenspiale des Fahrzeuges sinnvoll abgestimmt ist, bleiben die durch die Relativbewegungenrrentstehenden, von der Fahrtrichtung abweichenden Kraftkomponenten vernachlässigbar klein.
• In Fig. 6 ist diese Anordnung im Querschnitt gezeigt.
• Im einzelnen sind hier dargestellt ein Fahrbahnträger 39, die beiden Führungsschienen 38 und 41, eine Reaktionsschiene 40 für einen Linearmotor, die Fahrzeugkontur 37, sowie die Halterung 33, der Stromabnehmer 36 und das Schienenpaket 31.
• Die hier gezeigte Anordnung der Stromschienenanlage zwischen den Führungsschienen kann prinzipiell auch ausserhalb dieses Bereiches liegen.
• Es ist aber auch eine Stromabnahme mit einem starr mit dem Fahrzeug verbundenen Stromabnehmer denkbar, sofern dieser den Strom über Lichtbögen abnimmt.
• Die Anbringung einessolchen, nicht näher dargestellten Stromabnehmers in der Nähe des Linearmotors (ähnlich Fig. 6), dessen Luftspalt zur Reaktionsschiene gesteuert werden muss, ist vorteilhaft in bezug auf eine einzuhaltende Toleranz der Lichtbogenlängen bzw. Abstände der Elektroden.
• Bei Schwebefahrzeugen würde eine Servosteuerung für den Ausgleich der fahrabhängigen Höhe zwischen Fahrzeug und Schiene sorgen.
• In Fig. 7 wird eine Anordnung gezeigt, wie sie bei Sonderfahrzeugen des Rad / Schiene-systems möglich wäre.
• Eine Variante der Stromschienenausführung zeigt Fig. 4. Wenn das Teil 1 der Schiene aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, z.B. Kupfer und das Teil 30 aus verschleißfestem, jedoch weniger gut leitendem Material, z.B. Edelstahl besteht, ergibt sich folgender günstiger Effekt.
• Die Strompfade aller 3 Schienen konzentrieren sich auf die inneren Querschnittsbereiche, so daß der für die Induktivität wirksame Schienenabstand kleiner ist als der mittlere Abstand des Gesamtprofiles. Bei Wahl eines T-Profils für das Edelstahl erhält das Gesamtsystem zusätzlich günstige Fe stigkeitseigenschaften.
• Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Verbundmaterialien kann z.B. hergestellt werden, indem das beidseitig mit Schwalbenschwansprofil versehene T-Stück in die Kupferschiene mit noch geöffnetem Gegenprofil eingezogen wird und das Schwalbenschwanzprofil danach durch ein Zieh- oder Walzverfahren zusammengepreßt wird.
• Das beschriebene System Stromtransport- und Abnahme weist also folgende Vorteile auf: 1. elektrisch minimaler Spannungsverlust, da nur sehr geringe Reaktanz vorhanden und Skineffekt vernachlässigbar bleibt.
• der Spannungsabfall ist in allen 3 Phasen gleich, daher kein schiefer Sternpunkt.
• gute Ausnutzung des installierten Querschnitts, d.h. angenähert umgekehrt proportionaler Zusammenhang zwischen Querschnitt und Spannungsabfall; kein Parallelkabel erforderlich.
• gute thermische Ausnutzung, da eine relativ große Oberfläche wirksam ist.
• 2. mechanisch: sichere Führung des Stromabnehmers, d.h. hohe Betriebssicherheit hohe Kontaktgüte, da Stromabnehmer von den Schienen selbst geführt und von den Relativbewegungen des Fahrzeuges entkoppelt ist.
• das Schienenpaket hat bei gegebenem Querschnitt eine hohe Steifigkeit und somit geringe Schwingungsneigung.

Claims (6)

AnsprUche

1. Vorrichtung zur elektrischen Stromzufuhr zu y 7 ortsveränderlichen, sich längs einer vorgegebenen Bahn beweglichen Verbrauchern, insbesondere für Irehstrom-Verbraucher mit hohen Stromaufnahmen oder hohen Stromaufnahmen bei gleichzeitig hohen Geschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das den Strom transportierende Schienenpaket aus drei rotationssymetrisch zueinander angeordneten Schienen (1, 2, 3) besteht, deren Profile auf den zugewandten Seiten v-förmig ausgebildet sind und nach außen hin Gleitflächen aufweisen, sowie, daß der zugehörige Stromabnehmer (24) dieses Schienenpaket umfaßt und seine Gleitkontakte (25, 26, 27) mit den Gleitflächen(4, 5, 6) der Schienen reibschlüssig zusammenwirken und damit einen elektrischen Stromabnahmekontakt sowie die mechanische Führung des vom Verbraucher unabhängig beweglichen Stromabnehmers sicherstellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schienen mit Isolatoren (1o, 11, 12) oder gemäß Fig. 2 mit Isolatoren (19J miteinander verbunden sind, an ihrer Innenseite mit Isolationsüberzügen 7, 8, 9) versehen sind und das Schienenpaket auf einem Isolator 15 mittels Schrauben (13 u. 14) gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schienen Einspeisepunkte (20, 21, 22) aufweisen (Fig. 2...).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen gemäß Fig. 4 in Verbundtechnik ausgeführt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rahmen (24) des Stromabnehmers aus die Gleitkontakte (25, 26, 27) z.B. über Federn (29) reibschlüssig auf die Gleitflächen (4, 5, 6) gedrückt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmerkörper (36) je nach Fahrtrichtung von der jeweils vorn liegenden Zugstange (34) gezogen wird, die ihrerseits im Punkt (35) kardanisch eingehängt ist und über die Druckfeder (32) von der Halterung (33) mitgenommen wird.