DE2363683A1 - Aerodynamisch einstellbarer stromabnehmerbuegel - Google Patents

Description

PATSMTA^WALT

ό F.-cnkfurt/Main I, 20. Dez. 1973 Niddastraße 52 Vo/Rs

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General Electric Company

1 River Road
Schenectaäyj i\^f.Y./U.S.A.

Aerodynamisch einstellbarer Stromabnehmerbügel

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromabnehmerbügel und insbesondere auf Mechanismen zur Einstellung ihrer vertikalen Stellung, um sich einem Kontakt- bzw. Fahrdraht mit einem variablen vertikalen Verlauf anzupassen.

Bekannte Stromabnehmerbügel₅ wie sie für eine Leistungsaufnahme von einer Oberleitung bei hoher Geschwindigkeit verwendet v/erden, enthalten wenigstens zwei federnde Aufhängungen, nämlich Pedernj

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die das Gewicht des Rahmens ausgleichen., und Federn, die das ein vergleichsweise kleines Trägheitsmoment aufweisende Leistuhgsaufnahme-Element auf den Kollektorschuh federnd aufhängen. Der Rahccn, der notwendigerweise ein erhebliches Gewicht besitzt, bewegt sich auf eine gro;l-3 Amplitude und eine kleine Frequenz aufweisende Veränderungen in der- Höhe des Kontaktdrahtes in Bezug auf das Fahrzeug in vertikaler Richtung. Aufgrund von Druckänderungen zwischen den Schuh und dein Kontakt- bzw. Fahrdraht wird somit ein schlechtes Ansprechverhalten erhalten. Diese Druckänderungen können aurch eine Änderung in der Höhe des Fahrdrahtes über der Schiene, Änderungen in der Art des Tragesystems für den Kontaktdraht und Änderungen in der Belastung auf den Stromkollektor erzeugt werden, die beispielsweise durch Änderung des Winddruckes zus'candegebracht werden_s wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ändert, oder durch Eisbildung.

Der Kollelrcorschuh ₃ der einen Rsibkontakt mit der Oberleitung haben soll, ist so leicht wie möglich gemacht, so daß er sich auf Änderungen kleiner Amplitude und hoher- Frequenz in der Höhe des Kontaktdrahtes in Relation zum Fahrzeug leicht bewegen kann. Da jedoch die den Kollektorschuh tragenden Federn einen begrenzten eias'ciochen Bereich besitzen, funktionieren sie nicht mehr, wenn größere Änderungen bestehen.

Gemeinsam liefern die steife Halterung, die von den Rahmenfedern erhalten wird, und die weiche Halterung, die· von den Schuhfedern' gegeben wird, eine Aufwärtskraft, die gewöhnlich als die "Hoch-, schiebekraft" bezeichnet wird und die voraussichtlich eine gleichförmige Kraft zwischen dem Schuh und der Oberleitung beibehält. Jedoch ist aufgrund des Grades der Änderungen und der Art der Halterungsfedern das Ansprechverhalten unzulänglich, um für eine gleichförmige Kraft zu sorgen.

In Anbetracht des Problems sind verschiedene Vorrichtungen entwickelt worden, in denen eine zusätzliche Vorrichtung verwendet wird₅ um die Höhe des Schuhs oder des Rahmens bei den vorstehend erläuterten Druckabweichv.ngen zu ändern. Die Druckänderungen

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werden entweder direkt_s beispielsweise durch piezoelektrische Verfahren, oder indirekt gemessen durch Messung der Verschiebungswerte. Die Meßwerte werden dann auf eine gewisse Art von Anhebevorrichtung übertragen, um den Kollektorschuh entsprechend anzuheben oder abzusenken. Die Hebevorrichtung wird in konventioneller Weise durch servo-gesteuerte Vorrichtungen des pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Typs angetrieben. Diese Hilfskraft ist jedoch nur schwierig und unter hohen Kosten zu erhalten« Beispielsweise muß in einem hydraulischen Steuersystem eine Flüssigkeit mit hohem Druck konstant zum Stromabnehmerrahmen geleitet werden. Abgesehen davon, daß eine beträchtliche Leistung erforderlich ist, um die Flüssigkeit zuzuführen_s treten zusätzliche Probleme auf, da der Stromabnehmerrahmen dem gleichen hohen elektrischen Potential ausgesetzt ist, wie der Oberleitungsdraht. Selbstverständlich ist es wünschenswert, ein Zusatzsystem zur Steuerung der Höhe des Stromabnehmerbügels zu haben, aber der Leistungsbedarf braucht die durch seine Verwendung gewonnenen Vorteile nicht zu rechtfertigen.

Es sind-verschiedene Typen von Anhebemitteln entwickelt worden, bei denen Windschaufeln an dem Bügelrahmen oder an dem Kontaktschuh befestigt sind. Somit wird für eine aerodynamische Anhebung gesorgt, wenn sich dei· Stromabnehmerbügel an der Schiene entlang bewegt. Diese Anhebung variiert jedoch nur in Relation zur Fahrzeuggeschwindigkeit und nimmt nicht die vorstehend erläuterten Druckänderungen auf. Weiterhin sorgt dieses Gerät nicht selektiv für die entweder positive oder negative Anhebung und in einigen Fällen auch nicht für einen Betrieb in jeder Richtung der Fahrzeugbewegung.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung der vertikalen Bewegung eines Stromabnehmerbügels in Relation zu der Kraft zwischen dem Kollektorschuh und dem Oberleitungsdraht zu schaffen.

Weiterhin soll die Steuerung der vertikalen Position des Stromab nehme rbüge Is ohne Verwendung einer äußeren Leistungsquelle ge-

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schaffen werden.

Ferner ceinhaltet die Erfindung einen gesteuerten Stromabnehmerbügel;, der in jeder Richtung der Fahrzeugbewegung in gleicher ■ "Weise arbeitet.

Kurz gesagt, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Flügelelement entweder an dem Kollektorschuh oder dem Stromabnehmerrahmen befestigt, um diesem eine aerodynamische Anhebung im Verhältnis zur Geschwindigkeit zu geben _s mit der sich das Fahrzeug und der daran angebrachte Stromabnehmerbügel an dem Fahrdraht entlangbewegt. Eine Rückkopplungseinrichtung stellt die Lage des Bügels in Abhängigkeit von der Wechselwirkungskraft zwischen dem Kollektorschuh und dem Oberleitungsdraht ein, um dem Schuh einen geeigneten aerodynamischen Auftrieb über einem Bereich positiver und ne'gativer V/er te zu geben, damit eine im wesentlichen koniante Kontaktkraft mit dem Kontaktdraht beibehalten wird. Die Einrichtung, die den Stromabnehmerbügel anheDt und absenkt» wird vollständig von den Luftströmen angetrieben, die mit dem Stromabnehmerbügel und dem zugehörigen Flügel in Wechselwirkung treten_s und es ist dafür gesorgt, daß das Gerät unabhängig von der Richtung wirksam ist, in der sich das Fahrzeug bewegt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Besenreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur. 1 ist eine Seitenansicht von einer bekannten, üblichen Stromabnehmeranordnung.

Figur 2 ist eine Seitenansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromabnehmer-Kollektorschuhs O

Figur 3 ist eine Schnittansicht von dem Kollektorschuh und Flügelteilen des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

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"Figuren h ₃ ρ ur.d ο sind Schnittansicriten von modifizierten Au führungsbeispielen des Flügelteiles.

7 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbe-spiel dea er findungsgemäßen Stromabnehmers.

Figuren 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel in Bezug auf den Strorr.abnehmerrahmen.

Figuren 10 und 11 stellen einen Typ einer Abtast- und Einsteileinrichtung dar, die bei der Struktur gemäß den Figuren 8 und 9 verwendet ist.

Figur 12 ist ein modifiziertes Ausführungsbeispiel davon.

13 stellt einen anderen Typ einer Abtast- und Einstell einrichtung dar j die bei der Struktur gemäß den Figuren δ und 9 verwendbar ist.

ist eine Schnittansicht der in Figur 13 gezeigten Einrichtung nach einem Schnitt entlang der Linie lk-m in Figur 13.

In Figur 1 ist ein Teil .eines elektrischen Trieb_fahrzeuges gezeigt ₃ auf dem durch Isolatoren 12 ein bekannter und übliciier Stromabnehmerbügel 13 montiert ist. Der Stromabnehmerbügel 13 umfaßt eine Basis 14, einen Rahmen mit unteren Armen ΐβ, die an dem Rahmen schwenkbar angebracht sind.und mit oberen Armen 17» die an ihren oberen Enden durch eine Verbindung 18 miteinander verbunden sind , und ein Kollektorelement 19_s das von der Verbindung 18 nach oben ragt, um mit einer nich'c gezeigten Oberleitung in Kontakt zu komr.isn. Ein Paar Zugfedern 21 sind an jeweils einem der unteren Arme Io angebracht ₃ um diese nach innen in Richtung aufeinander vorzuspannen, damit die Verbindung 18 und der daran befestigte Kollektorschuh 19 nach ober, vorgespannt ist. Kurbelarme 15, die an den entsprechenden unteren Enden dar unteren Arme 16 fest angebracht und mit einer gemeinsamen Verbindung 20 verbunden sind,

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versuchen... die R&utenkonfiguration beizubehalten. Das Kollektorelement 19 ist üblicherweise an der Verbindung 18.durch eine ^T.velie 22 angebracht,, die ir. einem zylindrischen Gehäuse 2 3 gleitend angeordnet ist und darin durch eine Druckfeder 24 nach oben vorgespannt ist. Ein Gehäusestempel 26, dessen Enden an Schwenkverb indungen 27 gleitend befestigt sind., hält das Gehäuse 23 und die zugehörige Welle 22 in einer konstanten vertikalen Lage.

Die Kombination der swei Zugfedern 21^ die den Rahmen nach oben vorspannen _i und der Druckfeder 24 _}- die das Kollektorelement 19 inBezug auf den Hahnen nach oben drückt ₃. ist so ausgelegt, daß sie gegen den Kontaktdraht mit e_ner. im wesentlichen konstanten Kraft drückt ₃ die im allgemeinen e,uch als die Aufwärtsschubkraft bezeichnet wird. Wie jedoch noch weiter ausgeführt wird_s ist die Reaktion der Federn c.ileine nicht ausreichend, um für eine gleichförmige Kontaktkraft zwischen dem Kollektorelement 19 und einem Oberleitungsdraht mit veränderlicher Lage zu sorgen.

In Figur 2 ist ein Aus.fChrungsbeispiel des verbesserten Stromabnehmerbügels gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Teil des KoI-lektoreleinentes 19 ist mit zwei Kollektorschuhen 28 und 29 gezeigt ₃ die Schleifbänder 31-bzw. 32 aufweisen, um mit dem Oberleitungsdraht 33 in einen Reibeingriff zu kommen. Von den Schuhen 28 und 29 gehen in entgegengesetzter Dichtung entlang der Bewegungslinie Luftflügelelemente 3k bzw. 3o aus, deren Aufbau und Funktion im folgenden noch näher beschrieben werden.

Weiterhin sind an den Schuhen 28 und 29 Halterungsarme 37 bzw. 38 angebracht j die in entgegengesetzter Richtung- ent lang der Bewegungslinie verlaufen. Die stabile Kombination des Kollektorelementes 19 _, der symmetrisch angeordneten Kollektorschuhe 28 und 29 und der Ai".;:e 37 u:,d 38 sorgt für eine im Gleichgewicht befindliche Struktur_s. die für eine vertikale Bewegung frei ist, wie es vorstehend erläutert wurde. Die K^lterungsarmc 37 und 38 sollen die Abtastmechanismen 39 und kl tragen. ■ . - '

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Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Arten von Abtastrriechanisir.en verwendet werden können, wie beispielsweise fotoelektrische oder elektromagnetische Mittel. Die Funktion jedenfalls ist immer gleich_s nämlich die Abtastung der Höhenänderung in dem Kontaktdraht 33 an einem Punkt vor den Kollektorschuhen in der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges.

Die dargestellten mechanischen Abtastmechanismen 39 und 41 sind gleich und so aufgebaut,'daß jeder zu einer Zeit in der einen der beiden Bewegungsrichtungen des Fahrzeugs verwendet'wird, wobei sich der vordere Mechanismus in Betrieb und der hintere Mechanismus in Ruhe befindet. Die folgende Beschreibung des Mechanismus kl gilt in gleicher Weise auch für den Mechanismus 39·. Er umfaßt einen Sensorarm 42, an dessen einem Ende ein Sensor 43 Defestigt ist, um einen Reibkontakt mit dem Oberleitungsdraht beizubehalten, und eine Verbindung 44_s die den Halterungsarm 38 und den Sensorarm 42 schwenkbar miteinander verbindet. Ein Signalarm 46, der ebenfalls den Halterungsarm und den Sensorarm miteinander verbindet, sorgt für eine Vierstab-Gelenkverbindung, um den Sensorarm 42 in einer· vertikalen Lage zu halten und sicherzustel-,len, daß sich der Sensor 43 nicht dreht. Eine Verbindungsfeder hat die Aufgabe, das Eigengewicht des Sensors 43 zu tragen und diesen gegen den Draht zu drücken, wenn sich das Fahrzeug in Ruhe befindet oder langsam bexfegt. Der Sensor 43 weist vorzugsweise ein dünnes Schleifband 48 auf, das auf der Oberseite.eines Keiles befestigt ist, der wie ein Flügel arbeitet, um das SchleifbandTöDen gegen den Oberleitungsdraht zu drücken.

Der Signalarm 46, der an dem Kalterungsarm 38 schwenkbar befestig't ist, ist an seinem rückwärtigen Ende 49 mit einem Kipphebel 51 verbunden, der an dem Kontaktschuh 29 drehbar angebracht ist. Eine Drehung des Kipphebels 51 um seine Achse 52 überträgt die Bewegung auf einen Betätigungshebel 53, die ihrerseits eine Verlängerung oder ein Zurückziehen des Flügelelementes 36 in Bezug auf den Kontaktschuh 29 mit sich bringt. Eine derartige , Änderung der Schuhkonfiguration bewirkt eine Änderung in seinem aerodynamischen Verhalten und führt zu einem positiven oder '

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negativer, /.ν :?trieb bz-vr.. Abhebung_a um das Abnutzungsband 32 in Richtung auf den Oberleitungsdraht 33 zu bewegen oder von diesem weg. Der zusammengesetzte Kipphebel 55 arbeitet gleichzeitig mit dem Kipphebel 51 zusammen, um dessen zugehöriges Flügelelement 34 in ähnlicher -VJoise einzustellen. Bei diesem Aufbau

. ist jedoch nur das Flüg_ß le lenient des "vorderen Kollektors chuhs . aerodynamisch wirksam.

Wenn sich das Fahrzeug von links nach rechte- bewegt, ist die Arbeitsweise der Einrichtung wie folgt. Wenn der Kontaktdraht vor dem sich bewegenden Schuh 29 niedriger ist als der Schuh, baut sich eine überhöhte Kraft zwischen dem Schuh und dem Draht auf, wenn die Einrichtung fehlt. Mit der Einrichtung jedoch wird der Sensor 43 nach unten gedrückt, wodurch der Signalarm 46 und dadurch wiederum der Kipphebel 5i in Uhrzeigerrichtung gedreht wird. Dies bewirkt, daß.das. Flügelelement 3d weiter von dem Schuh .29 entfernt wird und die aerodynamische Kraft auf den Schuh nach unten drückt, wodurch die überhöhte Kraft zwischen dem Schuh und dem Oberleitungsdraht vermindert wird. Wenn umge- ■ kehrt der Draht vor dem sich bewegenden Schuh höher ist als der Schuh, heben ihn die Verbindungsfeder 47 und der aerodynamische Auftrieb auf den Sensor hoch, wodurch der Signalarm und der Kipphebel in Uhrzeigerrichtung gedreht .werden. Das Flügelelement 36 wird zurückbewegt und ein" zweites Flügelelement (nicht gezeigt), das sich an einem Punkt auf dem oberen Teil des Schuhs befindet, wird verlängert, um so den aerodynamischen Auftrieb in einen positiven Wert zu ändern. Infolgedessen wird der Schuh nach oben- geschoben, so daß er dem sich .erhöhenden Oberleitungsdraht folgen und einen Kontakt mit diesem aufrechterhalten kann-. Die in Strömungsrichtung hintere Abtasteinrichtung 39 folgt lediglich in einem unwirksamen Zustand, da sich ihre Flügelelemente nicht in dem Luftstrom befinden und somit unwirksam gemacht sind. Wenn jedoch das Fahrzeug umgekehrt wird,- ist der Abtastmechanismus 39 vorne und wird in der vorstehend beschriebenen Weise wirksam, während der Mechanismus 4l als der hintere Mechanismus in seine Ruhestellung kommt, Die Einrichtung wirkt somit in jeder Bewegungsrichtung in gleicher Weise.

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In der in Figur 2 gezeigten Anordnung ist es möglich, daß an dem Kipphebel zu wenig Kraft verfügbar ist, um die Betätigungshebel unter jedem Schuhelement zu bewegen. oder, wenn genügend Kraft vorhanden ist, die __.. ,Kraft zwischen dem Sensor und dem Oberleitungsdraht ΰο hocÄj" daß eine überhöhte Abnutzung des Schleifbandeο 48 auftritt und der Draht vor dem Schuh angehoben wird. Dies würde ein unerwünschtes falsches Signal zum üauptschuh zurück darstellen. Somit kann es notwendig sein, dem Sensor mehr uebe!wirkung su geben^ incem die Länge a ver^rößor^ und die Länge b verkürzt wird. Sine andere Alternative besteht darin, den Signalarm 46 in der Weise su verwenden, daß er ein Luftventil betätigt, das Zusatzluft zylinder 50 steuern wür^-a. jierrn die äußere zusätzliche Leistung erforderlich ist, kann sie von der Luftversorgung des Fahrzeuges über eine isolierte Rohrleitungsanordnung erhalten v/erden. Ss würde nur einen Bruchteil der Leistung erfordern, den aerodynamischen Auftrieb zu steuern als erforderlich wäre_s um den gesamten Stromabnehmerrahmen direkt anzutreiben, wie es bei den bekannten Anordnungen der Fall ist. Eine alternative Anordnung gemäß Figur 2 würde darin bestehen, die Halterungsarme 37 und 38 sn dem zylindrischen Gehäuse 23 zu befestigen₃ wie es bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemacht wird, das in Figur 14 gezeigt ist. In Figur 2 würde diese alternative Anbringung erfordern _s daß die Länge a verlängert und die Länge b verkürzt xvird, da die Sensoren 43 dann relativ größere Verschiebungen durchlaufen wurden.

Der Aufbau eines- Ausführungsbeispiels des Kontaktschuhs 29 wird durch Figur 3 verständlicher. An dem Rahmen 54 sind durch Schrauben 55 die- Schleif-.bzw. Abnutzungsbänder 32 befestigt. Weiterhin ist an dem Rahmen 54 ein Gehäuse 57 angebracht, das durch zahlreiche Schrauben wie die Schraube 53 in seiner Lage gehal- " ten ist. In. dem Gehäuse 57 sind an dem einen Ende davon obere und untere öffnungen 5> bzw. Si ausgebildet, in denen die Flügeleleiaei'.te gleitend angeordnet sind und aus denen sie heraustreten können·. Das untere Flügelele:..ent ~j>o ist zwischen der unteren Wand des Gehäuses 57 und einem parallelen Führungsansatz 62 an-

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geordnet und weist eir. Paar senkrecht vorstehender Rippen 63 auf dia eine Aussparung oder eine Nut bilden_s in die ein Kipphebel-"zapfen 6*. hineinpaßt. Der Kipphebel 65 ist auf einer Welle 67 angebracht und wird durc.i eine Bewegung des Betätigungshebels 53 zu einer Drehung gezYiUr.ger. ₅ der'durch einen Gehäuseschlitz 68 hindurch nach unten führt _e Der gegenüberliegence Kipphebelzapfen 69 paiät in ähnlicher VJeice zwischen Kippen 71 eines oberen Fiügeleiementes 7Z₃ das in einer Öffnung 59 angeordnet und durch obere und untere Fu.hrun.gs ansät ze 73 bzw. Tk vertikal gehaltert ist. Sine l^wegung des Betätigungshebels durch Rotation des Kipphebeis 51 (Figur 2) bewirkt; eine Relation c.aT Kurbel 66 ₉ die die Flügelelemente 36 und 72 in o.ie öffnungen hinein und aus diesen heraus bewegt, um die aerodynamischen Eigenschaften des Schuhs 29 zu verändern. Die Lage der Flügel, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, würde einen negativen aerodynamischen Auftrieo oder eine nach unten gerichtete -Kraf'o auf aen Schuh erzeugen. Eine Drehung der. Kurbel 66' in ührzeigerrichtung würde das Flüge !element 36 zurückziehen und das. Element 72 ausfahren, um einen positiven aerodynamischen Auftrieb auf den Schuh 29 zu bewirken.

Verschiedene modifizierte Ausführungsbeispiele der Schuhkonfiguration sind in den Figuren ^₅ 5 und. 6 gezeigt₃ die alle die Maßnahme umfassen, die aerodynamischen Eigenschaften des Schuhs selektiv zu verändern. Der in Figur 4 gezeigte Aufbau ist insofern dem in Figur 3 gezeigten ähnlich^ als er eine untere Lippe aufweist, die so weit heraustritt=, wie es für den gewünschten Grad des Auftriebes bestimme wird. Anstelle einer Kurbel ist eine Vierstab-Gelenkanordnung mit parallelen Verbindungsstäben 76 und 77, Schwenkzapfen 73 und 79 und Verbindungszapfen 81. und 82 verwendet.

Das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet eine Rückfläche 83s ^i-⁶ an -.nrem unteren Rand so angelenkt ist, daß das freihängende Element; einen zunehmenden aerodynamischen Auftrieb' besitzt, wenn die Rückfläche weiter geöffnet wird. Mit einem derartigen Aufbau wird das vordere Element nicht beeinflußt durch

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die I-Ianipulation ihr-er RüelcTLäche.

In Figur β ist ein Aufbau gezeigt₅ bei dem ein konkaver Flügel 36 in der Bewegungsrichtung freiliegt _s wobei seine Lage durch ein Vierstab-Gestänge 87 gesteuert ist. In der gezeigten Stellung würce ein positiver aerodynamischer Auftrieb entstehen; eine Rotation des Vierstab-G-astängc, in Uhrzeigerrichtung würde jedoch einen negativen aerodynamischen Auftrieb mit sich bringen.

Es können verschiedene andere Gestaltungen und Kombinationen der hier beschriebenen Gestaltungen verwendet werden, um eine Änderung der Schuhkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewirken.

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel tastet vertikale Änderungen in der Lage des Oberleitungsdrahtes in Bezug auf den Kontaktschuh 29 ab. Es können verschiedene-andere Abtast- und Betätigungsprinzipien angewendet werden, wie beispielsweise die Verschiebung der Kontaktschuhe in Bezug auf den Stromabnehmerrahmens wenn dieser sich in delation zur Kraft-des Oberleitungs- -drahtes auf die Schleifbänder des Schuhs ändert. Ein Mechanismustyp zur Übernahme dieser Funktion ist in Figur 7 gezeigt. Der Aufbau ist dem in Figur 2 gezeigten ähnlich insofern, als ein Paar Kontaktschuhe 28 und 29 mit dem Kollektorelement 19 starr verbunden ist und jeder Schuh einen Kipphebel 51 aufweist, um den Betätigungshebel 53 durch Rotation des Kipphebels um seine Achse 52 zu bewegen. Das Kollektorelement 19 und dessen Welle sind jedoch in ähnlicher Weise gegenüber dem Gehäuse 23 gefedert, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Wenn sich die Kraft zwischen dem Oberleitungsdraht und den Kontaktschuhen 28 und 29 ändert, bewegen sich das Kollektorelement und die Schuhe demzufolge in vertikaler dichtung in Bezug auf das Gehäuse 23_S das einen Teil des Stromabnehmerrahmens bildet. Gerade diese Bewegung bewirkt, daß Einstellungen in der Lage der Flügel 3^ und 36 gemacht werden müssen, und dadurch bringt sie eine Yertikalbewegung der Schuhe mit sich, damit diese der Lage des Oberleitungsdrahtes entsprechen .

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An dem Gehäuse 23 ist eine Befestigungsplatte 88 starr befestigt, auf der Schwenkverbindu:gen 89 und 91 vorgesehen sind. An diesen Schwenkverbindungen 89 und 91 sind die Enden von Gelenkhebeln 92 und 93 drehbar befestigt, deren entgegengesetzte Enden mit den Kipphebeln 55 bzw. 51 schwenkbar verbunden' sind.

1... Betrieb wird, itfenn der vordere Schuh 29 entgegen der Federaufhängung des Kollektorelementes 19 durch eine· überhöht-e Kraft von dem Oberleitungsdraht nach unten gedruckt wird_s der vertikale Abstand zwischen dem Schuh und dem Stroniabnehir.srrahmen (Gehäuse 23) verkürzt. Der Verbindungshebel 93 drückt nach oben gegen den Kipphebel 51_S wodurch dieser in Uhrzeigerrichtung gedreht und eine negative Auftriebskonfiguration hervorgerufen wird. Eine nach unten gerichtete aerodynamische Kraft würde auf den Schuh 29 ausgeübt werden_s um die große Grenzflächenkraft zwischen dem Oberleitungsdraht und dem Schuh zu entlasten. Wenn umgekehrt die Kraft auf den Schuh unter den gewünschten Wert abfällt _ä druckt die Federaufhängung in Bezug auf den Rahmen nach oben, und die positive aerodynamische Auftriebskonfiguration wird eingesetzt_s um den Schuh in Richtung auf den Oberleitungsdraht anzuheben. Es sei darauf hingewiesen daß die Flügelelemente 34 und 36 gleichzeitig eingestellt v/erden, wobei jedoch nur das vordere Element aerodynamisch wirksam ist, was unabhängig von der Bextfegungsrichtung gilt.

In den bisher beschriebenen Mechanismen sind die Flügelelemente direkt an den Kollektorschuhen angebracht, um deren vertikale Lage zu verändern. Ein alternatives Ausführungsbeispiel, das in~ den Figuren 8 und 9 gezeigt ist, verwendet ein Flügelelement 94, das direkt an dem Gehäuse 23 auf einer Achse 96 quer zur Bewegungsrichtung befestigt ist« Ein Flügelelement, das dem in Figur 9 gezeigten ähnlich ist., ist an der anderen Seite des Stromabnehmerrahmens befestigt und arbeitet im Gleichklang mit dem Flügelelement 94. Die zwei Flügel arbeiten zusammen₅ um den gesamten Stromabnehmerrahmen in jeder der beiden Bewegungsrichtungen de. Jahrzeugs anzuheben oder abzusenken, wobei der Grad des Auftriebs durch die Lage der Flügel in Bezug auf die Achse

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bestimmt wird. Eine Klappe 97 ist oberhalb (oder unterhalb) des Flügels 94 angebracht, um das Erfordernis der Bewegung in zwei Richtungen zu erfüllen. Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise von links nach rechts bewegt, dreht der Luftdruck auf die Klappe den gesamten Flügel 94 im Gegenuhrzeigersinn und sorgt dadurch für einen positiven Angriffswinkel (Aufwärtskraft). Nach dieser Anfangsorientierung kann der· Flügel gesteuert werden, um variierende Grade positiver,, und negativer Auftriebskräfte zu erzeugen, wie es im folgenden noch näher beschrieben wird. Vorzugsweise ist eine leichte Feder 98 eingebaut, um den Flügel in einer im wesentlichen neutralen Stellung zu halten., wenn das Fahrzeug in Ruhe ist oder sich langsam bewegt.

In den Figuren 10 und 11 ist ein Verfahren zur Steuerung der Flügel 9^ dargestellt, in dem die relative Verschiebung zwischen dem Schuh 29 und dem Rahmengehäuse 23 ausgenutzt wird. An der Unterseite der Schuhe sind zwei Streben 99 (es ist nur eine gezeigt) befestigt, die von den Schuhen herabhängen. An ihren unteren Enden sind sie durch eine Mittelwelle iOl miteinander verbunden, die quer zur Bewegungsrichtung verläuft. Die Welle ist durch Lager 102 an den Streben gehalten und weist an jedem ihrer Enden einen Kipphebel 103 auf. An dem Ende von jedem Kipphebel 103 sind zwei flexible Verbindungen 104 und 106 befestigt, wie beispielsweise Bänder oder Ketten. Die entgegengesetzten Enden der flexiblen Verbindungen sind mit dem Flügel 94 an einem Verbindungspunkt IO5 verbunden.■Die Länge der -Verbindungen 104 und IO6 ist so gewählt, daß die Verbindungen nahezu lose sind, wenn der Schuh den Oberleitungsdraht nicht berührt, d. h. wenn sich der Schuh in seiner maximalen vertikalen Hone in Bezug auf den Rahmen befindet. Wenn der Schuh gerade mit der statischen Aufviärtskraft nach oben gegen den Draht gehalten ist_s hängen die Verbindungen durch. Bei gar keiner oder einer nur langsamen Bewegung des Fahrzeuges befinden sich die Heb__elarme 103 in der unteren vertikalen Lage. Die kleine Feder 98 und die Gegengewichte der Hebelarme unterstützen dies.

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Weiterhin ist an der Unterseite der Welle 101 eine Mittelklappe 107 befestigt. Diese Klappe wird dazu verwendet₉ die VieHe 101 und die Hebelarme 103 zu orientieren₅ um so die richtige Verbindung 104 oder 106 gemäß der Bewegungsrichtung v/irksam zu machen. Wenn sich beispielsweise das Fahrzeug von links nach rechts in Figur 10 zu bewegen beginnt, wird die Welle 101 durch die Kraft der Luft auf die Mittelklappe 107 im Uhrzeigersinn gedreht. Wenn sie die gezeigte horizontale Position erreicht ₃ schlagen die Hebelarme IO3 gegen ihre Anschläge 108 an der linken Seite an_s wobei die Verbindung 104 lose durchhängt und die Verbindung 106 durch den Hebelarm 103 straffgezogen ist. Wenn die Grenzflächenkraft zwischen den Oberleitungsdraht und dem Schuh übermäßig zunimmt, wird der Schuh mit seiner zugehörigen VieHe 101 und den Hebelarmen 103 nach unten gegen seine Halterungsfedern gedrückt. Die Verbindung I06 zieht den vorderen Rand des Flügels 94 nach unten, damit dessen aerodynamischer Auftrieb· sich in-Sichtung auf einen negativeren Wert verschiebt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Flügelklappe 97 die Verbindung 106 straff hält, und aufgrund der Lage des Hebelarmanschlages 108 ist die Lage der Hebelarme 103 für diese Bewegungsrichtung-festgelegt. Die mittlere Klappe 107 stellt lediglich zu Anfang die Kurbel in ihre richtige Betriebsstellung für die bestimmte Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ein.

Wenn die Grenzflächenkraft zwischen dem Oberleitungsdraht und dem Schuh übermäßig abnimmt, wird der Schuh durch seine Halterungsfedern angehoben, und die Hebelarme 103 richten sich in Bezug auf das Gehäuse 23 auf _s wodurch der Flügel 94 durch die Klappe 97 ini Gegenuhrzeigersinn in einen positiveren Angriffswinkel gedreht werden kann. Dadurch wird eine Aufwärtskraft auf den Flügel 9^ ausgeübt, um das Rahmengehäuse 23 und die Schuhe nach oben in Richtung auf den Draht anzuheben»

Wenn das Fahrzeug anhält, kehren die mittlere Klappe 107 und die Hebelarme 103 in die vertikale Stellung zurück und die Verbindung 106 ist nahezu schlaff". Wenn sich das Fahrzeug in entgegengesetzter· Richtung (von rechts nach-links) bewegt, wird die Welle

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im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um die Hebelarme 103 nach oben gegen die Anschläge 109 auf der rechten Seite zu bringen. Die Verbindung 106 hängt somit lose durch und die Verbindung 104 wird straff gezogen, um den Flügel in dieser Bewegungsrichtung zu steuern.

Eine Abänderung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist in Figur 12 gezeigt, bei dem die Flügelklappe 97 unter dem Flügel und die mittlere Klappe 107 über der Welle 101 befindlich ist. Die Hebelarmanschläge 108 und 109 sind dann unterhalb der Hebelarme 103 anstatt über denselben angeordnet. Die Hebelarme v/eisen ein Gegengewicht auf und es ist eine leichte Feder angebracht, um sicherzustellen, daß die mittlere Klappe 107 vertikal steht, wenn das Fahrzeug in Ruhe ist.

Wenn sich im Betrieb das Fahrzeug von links nach rechts bewegt, dreht die mittlere Klappe 107 die Welle im Gegenuhrzeigersinn, bis die Hebelarme 103 den Anschlag 108 berühren. Die Verbindung 106 wird straffgezogen und wird zu der steuernden Verbindung für diese Bewegungsrichtung in ähnlicher Weise, wie es bereits für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 beschrieben wurde.

Die Figuren 13 und 14 stellen ein modifiziertes Ausführungsbeispiel dar, das den Abtastmechanismus gemäß Figur 2 mit der aero- · dynamischen Anordnung gemäß Figur 8 vereinigt. Der Abtastmechanismus umfaßt den Sensor 43, der durch den Sensorarm 42 in der Mitte und durch Sensorarme 111 und 112 (nicht gezeigt) auf den Seiten gehalten ist. Der Sensorarm 42 ist mit' dem Halterungsarm verbunden, wie es in Figur 14 gezeigt ist, und die Sensorarme und·112 sind mit ähnlichen Halterungsarmen 113 bzw. 114 (nicht gezeigt) verbunden. Die Halterungsarme 113 und 114 sind direkt an ihren entsprechenden Stromabnehmer-Rahmengehäusen 23 befestigt, wie es in Figur 13 gezeigt ist, wogegen der mittlere Halterungsarm 38 beispielsweise durch eine Schweißverbindung an einer Trägerwelle Il6 montiert ist, die zwischen den gegenüberliegenden Gehäusen 23 verläuft. Die Trägerwelle'116 dreht sich nicht selbst, aber weist ein Lager 117 auf jedem Ende auf und ist an den oberen

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Armen des Stromabnehmerbügels angebracht, die sich drehen.

Weiterhin ist an der Trägerwelle 116 durch zwei Bügel 118 eine Welle 119 befestigt, an der an ihrem Mittelpunkt ein Doppelhebelarm 121 mit Armen fest angebracht ist, die nach unten verlaufen und eine Mittelklappe 122 aufweisen, die in gleichen Winkeln zwischen den Armen nach oben ragt. Die Welle 119 ist.in Lagern 123 drehbar und an jedem Ende ist ein Doppelhebelarm 124 befestigt, der dem Hebelarm 121 ähn_lich ist, aber keine Klappe aufweist. Der Doppelhebelarm 121 kann durch den Windwiderstand auf die Mittelklappe 122 derart angeordnet werden, daß er an dem entsprechenden Signalarm 46 oder 126 angreift, wie es in Figur 14 gezeigt ist. Die Hebelarme 124, die gemeinsam mit dem Hebelarm 121 rotieren, sind jeweils in der Lage, mit einem ihrer Stifte 127 oder 128 an einem Arm 129 anzugreifen, der von seinem zugeordneten Flügel 94 nach oben ragt.

Wenn sich das Fahrzeug in Ruhe befindet, ragt die Mittelklappe vertikal nach oben und die Arme sowohl von dem Doppelhebelarm als auch die Doppelhebelarme 124 hängen auf· jeder Seite unter gleichen Winkeln mit der Horizontalen. Weder die Signalarme 46 noch 126 sind mit der Kurbel 121 in Kontakt und die Flügel 94 werden durch eine kleine Feder in der neutralen (horizontalen) Lage gehalten. Wenn sich das Fahrzeug von links nach rechts bewegt , dreht die Kraft des Armes auf die Mittelklappe 122 die Welle 119 und die Hebelarme in Gegenuhrzeigerrichtung, wie es in Figur l4 gezeigt ist. Auf jeder Seite des Stromabnehmers kontaktiert der Stift 127 auf dem Hebelarm 124 den Hebelarm 129 des Flügels 94 und die Flügelklappe 97 (siehe Figur 13) hat die Tendenz, den Flügel in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, um eine positive Winkelvorspannung beizubehalten. Zur gleichen Zeit wird der in der Mitte angeordnete Hebelarm 121 im Gleichklang mit dem Hebelarm 124 gedreht, so daß sein vorderer Arm mit dem Signalarm 46 in Kontakt kommt. Der Signalarm 46 steuert dann dessen Lage in Abhängigkeit von der vertikalen Position des Oberleitungsdrehtea in einer ähnlichen Weise, wie es bereits in Verbindung mit Figur 2 beschrieben wurde. Wenn sich beispielsweise die ver-

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t'ikale Lage des Oberleitungsdrahtes gegenüber der Höhe an dem Schuh zu senken beginnt, wird der Sensor 43 nach unten geschoben, der Signalarm dreht sich in Uhrzeigerrichtung und der Hebelarm wird in Gegenuhrzeigerrichtung bewegt. Die Welle 119 und die daran angebrachten Hebelarme 124 werden ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um die Lage des Flügels 94 in einen negativeren Angriffswinkel zu verändern. Die aerodynamische Kraft drückt dann nach unten auf die Flügel 94 und den Rahmen, um die aufgebaute Grenzflächenkraft zwischen dem Schuh und dem Oberleitungsdraht zu entlasten. Wenn umgekehrt die vertikale Lage des Oberleitungsdrahtes am Sensor höher,wird als am Schuh, hebt sich der Sensor selb__st nach oben gegen den Draht und der Signalarm 46 wird in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Dadurch können die Flügel 94 durch ihre Klappen 97 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden und der Angriffswinkel nimmt au. Die aerodynamische Kraft hebt den Stromabnehmerrahmen an, um die richtige Kontaktkraft zwischen dem Schuh und dem Oberleitungsdraht beizubehalten.

Wie bei der Beschreibung von Figur 2 ausgeführt wurde, kann es vorkommen, daß dieser Mechanismus nicht für genügend Kraft am Ende des Signalarmes 46 sorgt, um die Flügel zu betätigen. Demzufolge kann es erforderlich sein, daß der Signalarm ein Luftventil betätigt, das den Luftdruck des Fahrzeuges auf einen Zylinder steuert, der seinerseits die Flügel betätigt. Die Mittelk_lappe 122 würde dann dazu verwendet, die Luft zwischen zwei Zylindern umzuschalten, was von der Bewegungsrichtung abhängt.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Stromabnehmer mit einem Kollektorschuh, der zur Aufrechterhaltung eines Reibkontaktes mit einem Oberleitungsdraht federnd auf einem Rahmen gehaltert ist, gekennzeichnet durch wenigstens ein Flügelelement, das an dem Stromabnehmer befestigt und einstellbar ist zur Ausbildung eines aerodynamischen Auftriebes über einem Bereich positiver und negativer Werte, wenn sich der Stromabnehmer bei verschiedenen Geschwindigkeiten in einer gegebenen Richtung an dem Draht entlang bewegt, Mittel zum Abtasten der Kraft zwischen dem Sammelschuh und dem Oberleitungsdraht und Mittel zur Einstellung des Flügelelementes in Abhängigkeit von den Abtastmitteln zur Bewegung des Kollektorschuhs nach unten, wenn die Kraft von dem Oberleitungsdraht zunimmt, und zur Bewegung nach oben, wenn die Kraft abnimmt, so daß eine im wesentlichen konstante Kraft zwischen dem Kollektorschuh und dem Oberleitungsdraht'aufrechterhaltbar ist.

   2. Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abtastmittel eine mechanische Verbindung zwischen dem Kollektorschuh und dem Rahmen umfassen und ferner die Verschiebung des Schuhs in Bezug auf den Rahmen ein Maß für den Druck zwischen dem Schuh und dem Oberleitungsdraht ist.

   3. Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch ge kenn zeichnet, daß das wenigstens eine Flügelelement an dem Kollektorschuh befestigt ist und derart aufgebaut ist, daß die Schuhkonfiguration veränderbar ist, aber der Schuh nicht aus seiner Längsebene gekippt wird, wenn die Einstellmittel auf ihn einwirken.

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   Stromabnehmer nach Aris__pruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß das wenigstens eine Flügelelement einen starren Teil aufweist, der von dem Schuh in die Bewegungsrichtung ragt und in der Weise befestigt ist, daß der Ausdehnungsgrad durch die Einstellmittel bestimmt ist.

   Stromabnehmer nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet , daß das wenigstens eine Flügelelement ein Paar mit horizontalem Abstand angeordnete Lippen aufweist, die in dem Kollektorschuh gleitend angeordnet sind, wobei ihre benachbarten Enden jeweils einer zur Zeit von dem Schuh ausfahrbar sind und an ihrem anderen Ende mit den Einstellmitteln verbunden sind^derart, daß die obere Lippe einen aufwärts gerichteten aerodynamischen Auftrieb auf den Schuh liefert, wenn sie ausgebreitet ist, und die untere Lippe einen nach unten gerichteten aerodynamischen Auftrieb liefert, wenn sie ausgebreitet ist.

   Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung einen Halterungsarm, der an dem Kollektorschuh befestigt ist und in Bewegungsrichtung des Fahrzeuges ragt, ein Sensorelement, das an dem Halterungsarm an einem von dem Kollektorschuh versetzten Punkt einstellbar befestigt ist und nach oben ragt, um an den Kontaktdraht anzustoßen, Vorspannmittel, die das obere Ende in einen Reibkontakt mit dem Kontaktdraht drücken, aber eine Bewegung des Sensorelementes in Bezug auf den Arm gestatten bei einer Änderung im vertikalen Verlauf des Kontaktdrahtes, und Abtastmittel umfaßt, 'die auf die Bewegung des Sensorelementes in Bezug auf den Halterungsarm ansprechen zur Aktivierung der Einstellmittel.

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   7. Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Flügelelement an dem Rahmen befestigt ist und der Rahmen sich nach oben und unten mit dem Kollektorschuh bewegt, wenn das Flüge!element in Abhängigkeit von den Abtastmitteln eingestellt wird.

   8. Stromabnehmer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet j daß das Flügelelement einen Schwingenansatz aufweist₃ der symmetrisch auf einer Achse quer zur Bewegungsrichtung angebracht ist und auf der Achse schwenkbar ist zur selektiven Ausbildung positiver und negativer aerodynamischer Auftriebe in einer der zwei entgegengesetzten Bewegungsriehtungen.

   9. Stromabnehmer nach Anspruch 8_S dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Sehwingenansatz eine

   . Vorspannklappe aufweist, die an der einen Seite angebracht ist und von dort im wesentlichen senkrecht verläuft, so daß bei einer Bewegung des Stromabnehmers in einer der zwei entgegengesetzten Richtungen die Vorspannklappe das Flügelelement oder dessen Achse in einer solehen Richtung schwenkt, daß seine Vorderkante in Richtung auf diejenige Seite des Flügelelementes vorgespannt ist, an der die Vorspannklappe befestigt ist»

   10, Stromabnehmer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Einstellmittel eine Steuerklappe umfassen₆ die an dem Stromabnehmer auf einer* Achse quer zur Bewegungsriehtung schwenkbar angebracht ist· und die eine größere Querschnittsfläehe aufweist als die Vorspannklappe und'die in der Weise mit dem Flügelelement in Verbindung steht, daß ein. Drehmoment ausübbar ist₉ das dem durch die Vorspannklapp© ausgeübten entgegengesetzt ist.

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