DE2313236A1

DE2313236A1 - Stromschiene

Info

Publication number: DE2313236A1
Application number: DE2313236A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr Phil Maitland
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1972-03-17
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1973-09-20
Also published as: IT981457B; CH541453A; GB1415904A; FR2177327A5; US3917039A

Description

80Ö0 München 22 Widenmayerstraf3e 38

Patentanwälte Liesegang, Lieck

Telefon (0811) 225300 Telegramme patemus mOnchen

Dr.-Ing. Roland Liesegang Dipl.-lng. Hans-Peter Lieck

SCMEIZERISCHE ALUMINIUM AG
Unser Zeichen P 009 46

Stromschiene

Elektrisch betriebenen, schienengebundenen Fahrzeugen, z.B. Bahnen, Hebezeugen, usw. wird elektrische Energie über Stromschienen zugeführt. Die Stromschienen haben bestimmten, mechanischen, mechanisch-technologischen und elektrischen Anforderungen Genüge zu tun. So ist von ihnen eine große Steifigkeit, eine gute Verschleißbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu fordern. Durch eine entsprechende Gestaltung des Stromschienenquerschnittes sind die mechanischen Anforderungen relativ leicht zu erfüllen. In der Regel haben aber metallische Werkstoffe mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit eine relativ schlechte Verschleißbeständigkeit, so daß man zur Erfüllung der elektrischen und mechanischtechnologischen Anforderungen gezwungen ist, Stromschienen als Verbundkörper auszubilden. Zumeist haben solche Stromschienen einen Grundkörper aus einem elektrisch gut leitfähigen V/erkstoff, wie beispielsweise Aluminium, auf den eine Auflage aus einem abriebsbeständigen Material wie beispielsweise Stahl aufgebracht ist. Die Stromführung durch diesen Verbundkörper ist zwar nicht ideal, aber im Hinblick auf die

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auch, zu fordernde Verschleißbeständigkeit einer Stromschiene ist ein technisch bestmöglicher Kompromiß erreicht.

Eine bekannte, als Verbundkörper ausgeführte Stromschiene umfaßt einen I-Träger, in dessen Steg Ausnehmungen eingebracht sind. Auf den Steg zwischen den beiden Planschen sind Aluminiumbalken unter Verankerung in den Ausnehmungen aufgewalzt· Die verschleißbeständige, mit einem Stromabnehmer in-Berührung kommende Auflage wird hier durch einen der beiden Flansche gebildet. Der Strom wird in die Aluminiumbalken eingeleitet und läuft durch den Steg zu dem einen Plansch.

Bei Stromschienen ist eine möglichst glatt bearbeitete Oberfläche wichtig, damit eine ständige. Berührung zwischen dem Stromabnehmer und der Stromschiene gewährleistet ist. Insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten führen Unebenheiten der Stromschiene zu Prellungsbewegungen des Stromabnehmers und zu entsprechendem Kontaktfunken. Da als Folge des örtliche Korrosionserscheinungen erzeugenden Kontaktfunkens die Oberfläche der Stromschiene rau wird, verbraucht sich darüberhinaus der Stromabnehmer auf Grund des erhöhten Abriebs. Speziell bei Hochgeschwindigkeitsbahnen, worunter hier Bahnen mit Spitzengeschwindigkeiten von 400-500 km/h zu verstehen sind, kommt daher der Bemessung der Auflage unter besonderer Berücksichtigung ihres Oberflächenzustandes erhöhte Bedeutung zu. Es wird deshalb eine häufige JJacharbeitung der Auflage zur Erhaltung ihres Oberflächenzustandes innerhalb der Toleranzen notwendig sein. Die bekannte Stromschiene müßte zu diesem Zweck insgesamt ausgewechselt oder auf die ursprüngliche Glattheit nachgeschliffen werden. In beiden Fällen ist der zum Ersatz bzw. zur Reparatur erforderliche Aufwand beträchtlich,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine speziell für Hochgeschwindigkeitsbahnen geeignete Stromschiene zu schaffen,

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die den obigen, mechanisch-technologischen, elektrischen und wirtschaftlichen Forderungen an eine Stromschiene voll genügt, bei der insbesondere mit geringem Wartungs- und Erhaltungsaufwand eine stets einwandfreie Kontaktgabe erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Stromschiene gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Der aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff bestehende Grundkörper unterliegt keinerlei mechanischer Beanspruchung, sondern praktisch, nur die z.B. aus einem Eisenwerkstoff gefertigte, verschleißbeständigere Auflage. Da nun gemäß der Erfindung die Auflage am Grundkörper lösbar befestigt ist, braucht nach Erreichen eines bestimmten Abnutzungsgrades nur die Auflage ausgewechselt zu werden, während der Grundkörper im gesamten Stromschienenstrang unter Vereinfachung der Wartungsarbeiten bei geringstmöglicher Störung des Fährbetriebes verbleibt.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung

mit/ ist die Auflage mittels einer Klemmeinrichtung dem Grundkörper verbunden. Eine Klemmverbindung unter Ausnutzung einer der Auflage innewohnendenVorspannkraft wird bevorzugt, da sie selbsttätig und unter allen Umweltbedingungen eine gleichbleibende Anpressung der eingebauten Auflage an den Grundkörper gewährleistet, wodurch unzulässig hohe Übergangswiderstände zwischen dem Grundkörper und der Auflage vermieden sind.

Eine geeignete Ausbildung, bei welcher die Klemmeinrichtung die Vorspannkraft der Auflage nutzt, ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Bei dieser Ausbildung kann die Auflage mit Klemmeinrichtung in einem Stück, beispielsweise durch Strangpressen oder einen anderen Formgebungsvorgang hergestellt werden, was

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entscheidend' zur wirtschaftlichen .Fertigung einer Stromschiene nach der Erfindung beiträgt. Grundsätzlich kann die Vorspannkraft auf einer entsprechenden Formgebung der Arme oder der Fortsätze oder beider Elemente beruhen.

In der Regel bildet die Auflage mit Klemmeinrichtung ein rinnenförmig einseitig offenes Profil, wodurch nach der Vereinigung von Profil und Grundkörper ein Teil des Grundkörpers korrosionsgeschützt umschlossen ist. Der Korrosionsschutz wird noch weiter durch aie Maßnahme des Anspruches verbessert. Zur Isolierung kommen z.B. ein^viskoses Fett oder ein Kunststoffkitt infrage. . - " "

Zur Erhöhung der Vorspannkraft obiger Klemmeinrichtung, aber darüberhinaus auch allgemein bei jeder J3ef estigungsart der Auflage ist eine Gestaltung der Auflage gemäß Anspruch. 5 möglich. Der Vorteil ist ein sattes und vollständiges Anliegen der Auflage uber_cihre ganze Breite auf der entsprechenden Gegenfläche des Grundkörpers nach dem Zusammenbau mit einem entsprechend niedrigen elektrischen Übergangswiderstand vom Grundkörper zur Auflage. Ebenfalls

unabhängig von der Art der Verbindung sswiuchcn Aul'lago und Grundkörper und gegebenenfalls auch zusätzlich zu letzterer Maßnahme dient die Zwischenschicht gemäß Anspruch 6 zur Senkung des Ubergangswid'erstandes auf ein Minimum. Die Zwischenschicht bewirkt einen lückenlosen elektrischen Flächenkontakt zwischen Grundkörper und Auflage, auch dann, wenn deren gegenseitige Anlageflächen nicht vollkommen glatt sind. Geeignete Materialien für die Zwischenschicht sind die auf dem Markt erhältlichen Leitfette, die ein weiches Metall in fein disperser Form, z. B. Zinkpulver, oder Graphit enthalten können. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich hierbei-, daß die Leitfette Feuchtigkeit von dem Berührungsgebiet- zwischen Grundkörper und Auflage fernhalten und dadurch in diesem Gebiet korrosionsschützend wirken. Dies gilt insbesondere, wenn das Leitfett vor dem Zusammenbau im Überschuß aufgetragen

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wird und dann beim Aufdrücken der Auflage auf den Grundkörper an den Seiten der Auflage austritt. Unter Umständen kann so die Isolierung gemäß Anspruch 4 erspart werden. Andere geeignete Materialien für die Zwischenschicht sind weiche Metalle, z.B. Zink, die als Folie oder als Pulver vorliegen können.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung stellen dar:

Pig. 1 eine auseinandere gezogene Darstellung einer Stromschiene nach der Erfindung,

Pig. 2 die Stromschiene nach Pig. 1 im zusammengebauten Zustand.

Die dargestellte Stromschiene nach der Erfindung umfaßt einen Grundkörper 10, mit welchem eine Auflage 11 mittels einer Klemmeinrichtung 12 verbunden ist. Bei dem Grundkörper 10 handelt es sich vorzugsweise um ein Strangpressprofil aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminium-Legierung. Das Profil umfaßt einen im Querschnitt kastenförmigen Abschnitt 19 > der an seiner Unterseite einen Steg mit einem Plansch 20 zur Befestigung des Grundkörpers im Betrieb aufweist. Die Oberseite des Abschnittes 19 ist zur Anlage der Auflage 11 bestimmt.

Die aus einem verschleißbeständigen Eisenwerkstoff bestehende Auflage 11 ist mit der Klemmeinrichtung 12 in einem Stück ausgebildet. Die Klemmeinrichtung 12 umfaßt zwei von den beiden Längsseiten der Auflage 11 über deren ganze Länge nach

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unten wegsteilende Plansche 13, die am Ende jeweils in einen mit dem Grundkörper 10 in Eingriff bringbaren, nach innen abgewinkelten Portsatz 14 übergehen.

Auflage und Klemmeinrichtung haben also einen kanalfö'rmigen Querschnitt. Sie können als Profil mit diesem Querschnitt durch Walzen von Bandstahl hergestellt sein, z.B. von 18/8-Chromnickelstahl, der für den vorgesehenen Zweck gute Pedereigenschaften hat und mit Aluminium in Bezug auf Korrosion gut verträglich ist. Die Dicke der Auflage richtet sich nach den mechanischen Eigenschaften des Stahles und der Breite des Grundkörpers. Sie beträgt z.B. 1 - 3 mm für eine Breite von 70 mm.

Nahe der Oberseite des kastenförmigen Abschnittes 19 an den beiden Längsseiten desselben sind zwei in Längsrichtung durchgehende Vorsprünge 17 vorgesehen, deren dem Plansch 20 des Grundkörpers zugewandte Unterseiten als Anlageflächen 18 ausgebildet sind. Die Längsseiten der Vorsprünge 17 sind von

zu
der Oberseite des Abschnittes 19/den Anlageflächen, und zwar von der Mittellinie des Profiles aus gesehen nach außen geneigt verlaufend ausgebildet.

Pig. 2 zeigt die Stromschiene im zusammengebauten Zustand. Die Auflage 11 bildet eine zur Oberseite des kastenförmigen Abschnittes 19 parallele Berührungsfläche für einen nicht gezeigten Stromabnehmer. Auch die Plansche 13 verlaufen parallel zu den Längsseiten der Vorsprünge 17. Zwischen der Oberseite des Abschnittes 19 und den Längsseiten der Vorsprünge 17 einerseits und der Auflage 11 sowie den Planschen 13 andererseits ist eine mit übertriebener Dicke dargestellte Zwischenschicht 15 beispielsweise aus Leitfett oder Zink vorgesehen. Die für eine sichere Anlage .der Auflage 11 am'Grundkörper 10 notwendige Vorspannung wird durch die im uneingebauteh Zustand konvexe, in Pig. 1 gezeigte Gestalt der Auflage 11 in Bezug

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auf den Grundkörper erzeugt. Bei der Vereinigung der Auflage 11 mit dem G-rundkörper 10 wird die Auflage unter Druck gesetzt, so daß sich die Auflage 11 an die Oberseite des ' Abschnittes 19 anlegt, die Plansche die erwähnte Lage zu den Längsseiten der Yorsprünge 17 einnehmen und die Portsätze 14 in Eingriff mit den Anlageflächen 18 der Vorsprünge kommen. Dadurch ist eine sichere Befestigung der Auflage am Grundkörper 10 auch ohne Einschluß einer Zwischenschicht gewährleistet. Die durch die Gestalt der Auflage erzeugte Spannkraft ist so bemessen, daß Ümgebeungseinflüsse, wie beispielsweise Wärme, auf die Verbindung keinen abträglichen Einfluß zu nehmen vermögen.

Um eine Korrosion insbesondere zwischen den Portsätzen 14 und der Anlagefläche 18 auszuschließen, ist die Außenseite der Portsätze H mit einer Isolierung 16 beispielsweise aus einem Kunststoff abgedeckt, der sowohl auf der Außenseite der Portsätze 14 wie an den jeweiligen Längsseiten des kastenförmigen Abschnittes 19 anliegt J"Beim dargestellten Ausführurigsbeispiel schließen die Plansche 13 und ihre Portsätze 14 einen spitzen Winkel ein. Natürlich sind für die Klemmeinrichtung auch andere gebogene Pormen möglich, z.B. eine S-Porm, bei welcher eine besonders leichte Befestigung an dem mit entsprechend gekrümmten Vorsprüngen auf beiden Längsseiten versehenen Grundkörper möglich ist. Es können zur Befestigung, der Auflage am Grundkörper auch Pederklammern, Schrauben oder Meten vorgesehen sein. Dabei können die Portsätze 14 entfallen. Die Plansche 13 wird man beibehalten, da sie die Auflage 11 an den Längskanten versteifen und dadurch die Planlage der oberen Berührungsfläche verbessern. Alternativ kann auch an nur einer Längsseite ein unter einen Vorsprung 17 greifender Portsatz 14 vorgesehen und dßr Plansch an der anderen Seite der Auflage am G-rundkörper angenietet, -geschraubt oder ähnlich befestigt sein. 309833/0536

Claims

SCHWEIZERISCHE ALUMIMIUM AG

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Ansprüche

Stromschiene mit einem Grundkörper aus einem elektrisch gut leitfähigen Werkstoff und einer mit diesem verbundenen Auflage aus einem verschleißbeständigen Werkstoff, dadurch gekennzeichnet ,-daß die Auflage (11) lösbar mit dem Grundkörper (10) verbunden ist.
2. Stromschiene nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (11) mittels einer Klemmeinrichtung (12) mit dem Örundkörper (10) verbunden ist.
3. Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Klemmeinrichtung (12) zwei von den Längsseiten der Auflage (11) wegstehende Plansche (13) aufweist, die an ihren freien Enden in mit VorSprüngen (17) am Grund körper (10) In Eingriff bringbare Fortsätze (14) übergehen.

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4. Stromschiene nach Anspruch 3,dadurch g e -

» kennzeichnet, daß die vorderen Enden der

Portsätze (14) durch eine Isolierung (16) abgedeckt sind.
5. Stromschiene nach Anspruchi,2,3oder 4, dadurch gekennzei chnet , daß die unverbundene Auflage (11) einen in Bezug auf den Grundkörper (10) konvex gekrümmten Querschnitt besitzt.
6. Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Grundkörper (10) und Auflage (11) eine weiche, elektrisch gut leitfähige Zwischenschicht (15) eingebracht ist.

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