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Anordnunm Cur Energiezufuhr füreTektrisch betriebene Bahnen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energiezufuhr für elektrisch
betrieberle Bahnen mittels gegenüber den Isolatoren in längsrichtung verschiebbaren
Stromschienen.
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Für Hochgeschwindigkeitsbahnen mit Geschwindiglceiten im Bereich von
mehr als 300 km/h scheidet die Stromzufuhr mittels abgespannter Fahrdrähte aus,
da es wirtschaftlich nicht mehr möglit ist,den Fahrdraht mit der erforderlichen
geringen Höhenabweichung zu verlegen. Auch die für den Antrieb der Fahrzeuge erforderliche
große leistung zwingt zum Übergang auf Stromschienen, wie diese von Stadtschnellbahnen
mit relativ niedriger Spannung bekannt sind. Bereits bei diesen Bahnen war das Problem
aktuell, eine Verwerfung der relativ steifen Stromschienen bei durch Sonneneinstrahlung
und die Stromwärmeverluste hervorgerufenen großen Temperaturerhöhungen zu verhindern.
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Diese Schwierigkeiten ließen sich durch die Aufteilung der Stromschienen
in nicht zu lange Teilabschnitte mit eSstischen Verbindungen, wie diese z.B. aus
der DT-PS 448 129 bekannt sind, sowie die Einfügung von Stromschienenbefestigungen
der eingangs erwähnten Art, die eine Bewegung der Stromschienen in längsrichtung
gegenüber den Tragisolatoren zulassen (siehe die DT-PS 706 043), relativ leicht
überwinden.
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Das Problem bei den erwähnten hohen Fahrgeschwindigkeiten besteht
jedoch darin, daß jeder Ausdelmungsstoß an den Stromschienen eine Unregelmäßigkeitsstelle
für den kontinuierlichen Lauf des Stromabnehmers darstellt, der sich nachteilig
auf die Abnutzung der Schienen und Kontaktstücke auswirkt. Die Stromschienen herkömmlicher
U-Bahnen mit ihren vielen bekannten Ausdehnungsstoßen in den Stromschienen, die
der Stromabnehmer überfahren muß, sind f-fr die mehrfache Fahrgeschwindigkeit, wie
sie für Hochgeschlindigkeitsbahnen vorgesehen sind, deshalb ungeeignet, wogegen
sie für die herkömmlichen U-Bahnen wegen der geringen Fahrgeschwindigkeit problemlos
sind. Die Abstände der Dehnstöße der Stromschienen herkö:pjnlicher U--Bahnen be-tragen
etwa 80 bis 200 m. Dazwischen-liegende feste Schienenstöße sind geschweißt oder
gelascht. Die schrägen Schlitze der Dehnstöße liegen zwischen zwei Isolatorenstützpunkten,
deren hbstände etwa 3 bis 6 m betragen. Die Wärmedehnbewegungen der Schienenenden
am Dehnstoßschlitz betragen einige Zentimeter.
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Die Dehnstoßschlitzbreiten sind dabei noch so klein, daß die üblichen
großen Kontaktplatten der Stromabnehmer der herkömmlichen U-Bahnen die Schlitze
störungsfrei überfahren können, aber doch so groß, daß kleine Einzelkontaktstücke,
wie sie für Hochgeschlrindigkeitsbahnen aus schwingungstechnischen Gründen erforderlich
sein werden, in die offenen Schlitze stürzen und weggerissen werden wurden.
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Es wurden deshalb Vorrichtungrgeschlagen, durch die an den Schienenenden
die Dehnstoßlücken selbsttätig gefüllt gehalten werden, z.B. durch bewegliche, aneinander
reibende, schräg geschnittene laschenzungen oder durch keilförmige Stoßfüller (siehe
DT-OS 2 140 472), die eine Bewegung quer zur Schienenachse ausführen und so die
variablen Dehnstoßschlitze bei jeder temperaturbedingten Stellung der Schienenenden
für den Überlauf der Stromabnehmerkontaktstücke geschlossen halten. Der Nachteil
dieser
Vorrichtungen ist aber, daß jeder bewegliche Dehnungsstoß, auch wenn er gefüllt
bleibt, bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine Unruhe in den kontinuierlichen lauf
der Stromabnehmerkontakte bringt, die bewirkt, daß die Anpreßkraft der Kontaktstücke
kurzzeitig wechselt und die Kontaktstücke und die Gleitflächen der Stromschienen
an diesen Unregelmäßigkeitsstellen vorzeitig abgenützt werden.
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Es is-t daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten
Anordnung zu vermeiden, also eine Anordnung zur Energiezuführung für HochgeschazindigReitsbahnen
zu schaffen, bei der die Stromschienen nur sehr geringe Abweichungen in der Höhenlage
aufweisen, wobei Stoßstellen vermieden-werden, ohne daß komplizierte Dehnstöße in
relativ kurzen Abständen eingefügt werden müssen, so daß Stromabnehmer mit kleinen
Einzelkontaktstücken verwendbar sind.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß
die Stromschiene zu einem zusammenhängenden Abschnitt großer Länge zusammengefügt
ist, der etwa in der Mitte eingespannt ist, und abseits der Mitte mittels eine Längsbewegung
zulassenden Befestigungsvorrichtungen an den Isolatoren befestigt 08 und in den
Endabschnitten von Hilfsführungsschienen geführt ist, welche ebenfalls mit eine
Längsbewegung zulassenden Befestigungsvorrichtungen an den Isolatoren befestigt
sind. Auf diese Weise ist es möglich, Stromschienen mit einer Länge zu bauen, die
das Vielfache der länge der herkömmlichen Stromschienen betragen.
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Die größte Länge der neuen Stromschiene ist nur begrenzt durch die
erforderliche Ausknicksicherheit bei einer Ausdehnung durch Temperaturanstieg, da
die Isolatorstützpunkte der Aus'dehnungsbewegung nur geringe Lagerreibungsaliderstände
entgegensetzen. Die geringen lagerreibungswiderstände erlauben eine große Baulänge
der Schiene. Die Hilfsführungsschienen greifen zweckmäßigereise in eine Aussparung
der Stromschienenenden ein. Sowohl die Hilfsführungsschienen als auch die Stromschienen
können sich auf diese Weise frei unter der Einzfirkung einer starken Temperaturerhöhung
ausdehnen.
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Die Stromschienen können sowohl durch Schweißung von Einzel-;stücken
als auch durch Laschung von Einzelstücken zusammengefügt sein.
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Zur Verbindung zwischen der Stromschiene und den Isolatoren können
sowohl Gleitlager als auch Rollenlager dienen. Bei einer besonderen Ausführungsform
weisen die Stromschienen Doppel-T-Form auf, wobei die eine äußere Fläche des einen
Flansches als Schleiffläche für den Stromabnehmer dient, während der andere Flansch
zwischen zwei mit dem Isolator verbundenen Rollenpaaren geführt ist. Bei einer senkrechten
Anordnung des Flansches ist eine weitere mit dem Isolator verbundene Rolle vorgesehen,
die den Steg der Stromschiene abstützt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
weist die Stromschiene im Querschnitt eine Hohlkastenform auf, an deren Ecken sich
Laschen befinden, die zwischen mit dem Isolator verbundenen Führungsrollen geführt
sind.
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Der Querschnitt der Stromschienen kann völlig aus einem einzigen Material
bestehen, die Stromschienen können aber auch als Verbundschienen aus verschiedenen
Materialien im Querschnitt aufgebaut sein. Die Stromschienenenden können, wie bekannt,
mit Auflaufschrägungen für den Stromabnehmerauflauf versehen sein.
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Die Stromschienen sind wechselweise auf der einen oder der anderen
Seite der Strecke überlappend angeordnet. Vor dem Ende einer Stromschiene beginnt
dann jeweils auf der anderen Streckenseite eine weitere Stromschiene gleicher Bauart.
Das Fahrzeug ist auf beiden Seiten mit Stromabnehmern ausgestattet.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist die Baulänge einer Stromschiene nach
der Erfindung ganz wesentlich größer als bei den bisher zur Anwendung gekommenen
Stromschienenkonstruktionen, wie in einem einfachen Rechenbeispiel erläutert werden
soll.
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Angenommen der Abstand der Isolatorenstützpunkte betrage 1 = 2,5 m,
der Querschnitt einer Stahlschiene F = 26 cm2; der Trägheitsradius des Querschnittes
i = 2,53 cm, die zulässige Materialspannung # zul. = 1600 kp/cm², der Gleitwiderstand
eines Gleitlagers WG = 10 kp, eines Rollenlagers WR = 2 kp, die Wärmedehnzahl 1,1
. 10-5 und das Temperaturspiel zwischen tiefster und höchster Betriebstemperatur
der Schienen#t = 100°C, so ergibt sich eine größte zulässige Knicklast der Schiene
wie folgt: Schlankheitsgrad = 1 = 250 = 99, i 2,53 daraus der Knickla,stwertW =
1,88 (nach genormter Tafel) Pzul. = #zul. # F = 1600 # 21 = 21 200 kp w 1,88 Die
zulässige Anzahl N der Stützpunkte zwischen dem Festpunkt und einem Schienenende
beträgt bei Verwendung des Gleitlagers an den Isolatorenstützpunkten N = Pzul =
21200 = 2120 Stützpunkte WG 10 und die Schienenlänge L ab Festpunkt L = N # l =
2120 # 2,5 = 5 320 m und die gesamte Schienenlänge von dem einen zum anderen Schienenende
2S = 5320 2 = 10 640 me
Werden an den Isolatorenstützpunkten Rollenlager
nach obiger Annahme verwendet, so ergibt sich N = Pzul = 21200 = 10 600 Stützpunkte
WR 2 B = N # 1 = 10600 . 2,5 = 26 500 m 2S = 26 500 2 = 53 000 m, d.h. etwas weniger
als nach 53 OOOm muß die Schiene wechseln.
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An Schienen aus anderen Materialien, Querschnitten oder Lagerwiderständen
ergeben sich ähnliche große Schienenlängen.
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Nach dem letzten Beispiel ergibt sich eine Endenbewegung der Schiene
für einen Temperaturwechselbereich @ = 100 0C von Ii = 26 500 . 1,1 . 10 . 100 =
29,15 m, das bedeutet, daß die Länge einer Hilfsführungsschiene in diesem Beipiel
rund 30m betragen muß. Mit der neu vorgeschlagenen Stromschienenanordnung ist es
also möglich, Stromschienen mit einer Länge zu bauen, die bei den heute bestehenden
Schienenwegen noch nicht vorkommen. Dadurch wird die Anzahl der Unregelmäßigkeitsstellen
für den Stromabnehmerlauf entscheidend verringert.
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An Kurven sind die Stromschienen nach der Erfindung wegen der größeren
Lagerwiderstände entsprechend zu verkürzen.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Die Fig. 1 eine Stromschiene nach
der Erfindung in einer Draufsicht, die Fig. 2 einen Isolatorenstützpunkt mit geschnittener
Stromschiene, die Fig. 3 den gleichen Isolatorenstützpunkt in einer Draufsicht von
oben und die Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch einen Isolatorenstützpunkt.
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In den Zeichnungen sind mit 1 die Stromschienen, mit 1.1 die am Ende
der Stromschienen angeordneten Hilfsschienen, mit 1.2 die Ausnehmungen in die die
Hilfsschienen eingreifen und mit 1.3 die Fixstellen der Befestigung der Stromschienen
bezeichnet. Die Stromschienen sind entweder mit Doppel-T-Träger-Profil (Fig. 2 und
3) ausgebildet und mit Flanschen 1.4', an denen die Stromabnehmer entlang schleifen,
und Flanschen 1.5 versehen, wobei mit 1.6 der Steg, der die beiden Flanschen miteinander
verbindet, bezeichnet ist, oder als Hohlprofil (siehe Fig. 4) ausgebildet. Die gleichen
Bezeichnungen sind auch sir die Stromschienen mit hohlkastenförmigem Profil entsprechend
Fig. 4 gewählt. Dort sind die an den Ecken des Hohlkastenprofiles angeordneten Laschen
mit 1.7 bezeichnet. Die Stromschienen 1 -sind mittels Isolatoren 2 an Isolatorenträgem
3 befestigt, die wiederum unverrückbar mit dem Fundament in Verbindung stehen.
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Als Zwischenglieder zwischen Stromschiene 1 und Isolator 2 dienen
Tragarme 4.1 und 4.2, bei denen an den ersteren äußere Führungsrollen 5.1 und innere
Führungsrollen 5.2 für die seitliche Führung der Stromschiene befestigt sind, und
an den letzteren 4.2 eine Tragrolle 5.3, die die Stromschiene in vertikaler Richtung
abstützt.