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Anordnung zum Messen der Anpreßkraft eines Stromabnehmers elektrischer
Bahnen an den Fahrdraht Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Anpreßkraft
eines Stromabhnehmers elektrischer Bahnen an den Fahrdraht.
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Die Güte der Stromübertragung vom Fahrdraht auf die elektrische Lokomotive
einer elektrischen Bahn ist abhängig von der Anpreßkraft, welche der Stromabnehmer
auf den Fahrdraht ausübt. Bei einer kleinen Anpreßkraft treten häufig Abhebevorgänge
auf, die zu Lichtbögen führen. Der Gleitvorgang führt zwar nur zu einem geringen
Verschleiß am Stromabnehmer und am Fahrdraht, doch erhöht sich der Verschleiß durch
die auftretenden Lichtbögen. Bei einer großen Anpreßkraft treten die Lichtbögen
seltener auf, dafür ist jedoch der mechanische Verschleiß stärker, und der Fahrdraht
wird unter Umständen unzulässig hoch angehoben.
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Die Anpreßkraft ist aber nicht nur von der statischen Kornponente,
nämlich von der Federspannung des Stromabnehmers abhängig, sondern auch von der
aerodynamischen Komponente, welche durch die Fahrgeschwindigkeit bestimmt wird,
da der Fahrwind einen Auf- oder Abtrieb am Stromabnehmer hervorruft. Schwingt der
Stromabnehmer, so treten außerdem Trägheitskräfte auf.
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Es ist bereits eine Einrichtung zur Messung des Druckes zwischen Fahrleitung
und Stromabnehmer elektrischer Bahnen oder dergleichen bekannt, bei der entweder
an der Berührungsstelle zwischen Fahrleitung und Stromabnehmer oder unter Zwischenschaltung
von mehr oder weniger mit Masse behafteten Meßbügeln oder Hebeln Meßelemente, wie
elektrische Widerstände, Kondensatoren, Drosselspulen oder Quarze eingefügt werden,
die, in einen elektrischen Stromk-eis eingefügt, einen vom Druck zwischen Fahrleitung
und Stromabnehmerbügel abhängigen Strom hindurchlassen (DT-PS 830 519). Diese Einrichtung
hat jedoch den Nachteil, daß entweder die Fahrleitung stromlos sein muß, oder daß
bei unter Hochspannung stehender Fahrleitung ein Isolierumspanner zwischengeschaltet
werden muß.
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Es ist auch bereits ein zweistufiger Scherenstromabnehmer für hohe
Fahrgeschwindigkeiten bekannt, bei dem einer Hauptschere ein massearmer Miniaturstromabnehmer
aufgesetzt ist, der als aktives, der Dynamik des Fahrdrahtes quasi trägheitslos
folgendes Element konstanter Anpreßkraft ausgebildet ist, das auf der Hauptschere
eine feste Abstützung findet (Patentanmeldung P 21 65 813.9). Ein solcher Scherenstromabnehmer
ist zur Ausregelung der Schwingungen der Fahrleitung gedacht.
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Die Aufgabe besteht daher darin, eine Anordnung zum Messen der Anpreßkraft
eines Stromabnehmers elektrischer Bahnen an den Fahrdraht zu schaffen, welche die
Ermittlung
des optimalen Wertes der Anpreßkraft ermöglicht und die es gestattet, den jeweils
augenblicklichen Wert der Anpreßkraft während des praktischen Fahrbetriebes ohne
äußere Eingriffe und Umbauten am Stromabnehmer zu messen und zu registrieren.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß als Endstück
an eine Fassung einer Kohleschleifleiste des Stromabnehmers ein Kraftaufnehmer mit
einer Vorrichtung zur Befestigung am Wippenrahmen angebracht ist, das zwischen Federhalterungsblättern
Federstahlplatten enthält, von denen mindestens eine Dehnungsmeßstreifen trägt,
und daß zwischen den Federhalterungsblättern und den Federstahlplatten eine Platine
mit einem integrierten Verstärker angeordnet ist, der Spannungsänderungen an den
Dehnungsmeßstreifen einer Auswerteeinrichtung zuführt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Am Stromabnehmer einer elektrischen Lokomotive befindet sich eine
Kohleschleifleiste 1 in einer Fassung 2, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. Die Fassung
ist über ein Endstück mit dem nicht dargestellten Wippenrahmen verbunden. Nach der
Erfindung wird die Fassung 2 verkürzt und anstelle des Endstückes ein Kraftaufnehmer
3 angeordnet. Dieser wird, wie das Endstück, mit der Fassung durch Schrauben oder
Nieten odgl. verbunden. Der Kraftaufnehmer besteht aus vorzugsweise zwei Federhalterungsblättern
4, zwischen welchen Federstahlplatten 5 angeordnet sind. Auf mindestens einer der
Federstahlplatten 5 sind Meßstreifen 6 befestigt. An einem Federhalterungsblatt
4 ist eine Rahmenbefestigung 7 vorgesehen.
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Zwischen den beiden Federstahlplatten 5 ist Raum für
eine
Platine 8, zu welcher die Zuleitungen von den Dehnungsmeßstreifen geführt sind,
und auf welcher ein integrierter Verstärker angeordnet ist. Von diesem werden die
Spannungsanderungen, die bei der Verformung der Dehnungsmeßstreifen entstehen, verstärkt
und einer Auswerteeinrichtung zugeführt.
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Die Auswerteeinrichtung ist in Fig. 2 näher dargestellt.
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Sie besteht aus zwei Teilen, von welchen der eine auf Hochspannungspotential
undder andere auf Erdpotential liegt. Der Teil auf der Hochspannungsseite besteht
aus Dehnungsmeßstreifenbrücken 9, nachgeschalteten Verstärkern 10, einem Summierer
11, einem Spannungsfrequenzwandler 12, die von einer Batterie 13 beaufschlagt werden
und einem optischen Sender 14. Vorzugsweise sind vier Dehnungsmeßstreifenbrücken
mit nachgeschalteten integrierten Verstärkern vorgesehen, von denen je zwei sich
an beiden Seiten des Stromabnehmers befinden. Der Summierer 11 wird nur dann verwandt,
wenn die Dehnungsmeßstreifenbrücken zusammengefaßt werden sollen. Es ist jedoch
auch denkbar, daß nur jeweils ein Paar Dehnungsmeßstreifenbrücken zusammengefaßt
werden soll, oder daß alle für sich wirken sollen.
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Der Teil der Auswerteeinrichtung, der auf Erdpotential liegt, besteht
aus einem optischen Empfänger 15, einem Verstärker 16, einem Schmitt-Trigger 17,
einem Frequenzspannungswandler 18 und einem Registriergerät 19.
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Die Federstahlplatten 5 haben nur einen Freiheitsgrad, d. h. sie verbiegen
sich nur bei Bewegungen senkrecht zur Federoberfläche. Ihre Durchbiegung ist proportional
zur wirkenden Kraft. Kräfte in Längs- oder tuerrichtung der Pederstahlplatten treten
zwar auf, bewirken jedoch fast keine Durchbiegung. Die Messung wird daher durch
die Kräfte in Längs- oder Querrichtung so gut wie gar nicht beeinflußt.
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Die Durchbiegung wird mit den Dehnungsmeßstreifen 6 in Brückenschaltung
9 gemessen. Dabei verändert sich der Widerstand der Dehnungsmeßstreifen, und die
Brückendiagonale führt eine Spannung, die ein Maß für die einwirkende Kraft ist.
Da die Signalspannung sehr klein ist, werden Verstärker 10 in den Kraftaufnehmer
integriert, wodurch eine gute Störsicherung bei der Signalweiterleitung erreicht
wird.
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Die Trennung zwischen dem Hochspannungspotential und dem Erdpotential
wird durch den optischen Sender 14 und den optischen Empfänger 15 erreicht.
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Die Auswerteeinrichtung befindet sich in einem Gehäuse am Fußpunkt
des Stromabnehmers. Es enthält außerdem die Batterien zur Stromversorgung und Spannungsstabilisierung.
Die analogen Meßwertsignale werden gegebenenfalls summiert und in eine proportionale
Frequenz umgewandelt. Als optischer Sender wird vorzugsweise eine lichtemittierende
Diode verwendet, welche infrarote Lichtblitze mit dieser Frequenz aussendet. Die
Lichtblitze können durch einen Plexiglasstab auf eine Fotodiode, die als optischer
Empfänger dient, übertragen werden, die eine Pulsfolge bestimmter Frequenz abgibt.
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Diese wird wiederum in eine Spannung umgewandelt, so daß wiederum
das ursprüngliche Meßsignal zur Verfügung steht, das von einem Registriergerät,
aber auch einem Lichtpunktoszillographen registriert werden kann.
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Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Messung
der Anpreßkraft während des Betriebes unter Hochspannung und Fahrstrom erfolgen
kann. Störeinflüsse durch andere Kräfte bzw. Wind, werden nicht wirksam. Auch gegenüber
elektromagnetischen Störungen ist die Anordnung weitestgehend unempfindlich und
ihr Meßfehler sehr klein.
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5 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 2
Fig. ~