DE2455708A1

DE2455708A1 - Low wear conductor rail for electric railways - has hardened pick-up surface made by diffusing alloying elements into top surface of rail

Info

Publication number: DE2455708A1
Application number: DE19742455708
Authority: DE
Inventors: Walther Dipl Ing Hiller
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1976-05-26

Abstract

The conductor rail is made from an aluminium profile (10) for economy and lightness. The top face of the rail is prepared for a low wear surface for the pickup shoe. Various hardening substances are diffused/alloyed into the top face to form the hard layer. These substances include silicon, iron, nickel and copper. The alloyed layer can be in discrete regions to form a complete surface. The layer has similar thermal expansion properties as the support rail, being mainly aluminium, and there is a minimum electrical resistance between the layer and the rest of the rail. This provides a low wear, low strain and low heating loss conductor surface.

Description

Stromabnehmerschielle Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromabnehmerschiene aus einem Aluminiumprofil für die Stromversorgung eines trassengebundenen Fahrzeugs mit einem auf mindestens einer Oberfläche der Stromabnehmerschiene gleitenden Stromabneh mer. Current Collector Rail The present invention relates to a current collector rail made of an aluminum profile for the power supply of a route-bound vehicle with a current collector sliding on at least one surface of the current collector rail mer.

Die Oberfläche (Kontakt- oder Gleitfläche) der Stromabnehmerschiene, auf der der Stromabnehmer des Fahrzeuges gleitet, ist, insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, großen Beanspruchungen ausgesetzt. Um die Kosten für die Stromabnehmerschiene als Ganzes klein zu halten, hat man diese daher bisher aus zwei verschiedenen Teilen gefertigt, z.B. einem Körper aus einem stranggepreßten Aluminiumprofil und einem mit diesem verbundenen Kupferstreifen, der die Gleit- oder Kontaktfläche für den Stromabnehmer des Fahrzeugs bildet. The surface (contact or sliding surface) of the current collector rail, on which the pantograph of the vehicle slides, especially at high driving speeds, exposed to great stress. To reduce the cost of the pantograph rail as To keep the whole thing small, up to now this has been made up of two different parts manufactured, e.g. a body made of an extruded aluminum profile and a with this connected copper strip, which is the sliding or contact surface for the Forms pantograph of the vehicle.

Solche zusammengesetzten Stromabnehmerschienen sind nicht nur teuer in der Herstellung, sondern auch unbefriedigend in ihrer technischen Funktion, da aus der praktisch nur mechanisch möglichen Verbindung der Komponenten ein hoher elektrischer tbergangswiderstand zwischen denselben resultiert. Such composite current collector rails are not only expensive in production, but also unsatisfactory in their technical function, since from the connection of the components, which is practically only possible mechanically, a higher one electrical transition resistance between them results.

Außerdem können bei Temperaturänderungen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Komponenten u.U. erhebliche mechanische Spannungen auftreten.In addition, changes in temperature as a result of the different Thermal expansion the components may experience considerable mechanical stress.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromabnehmerschiene anzugeben, die eine verschleißbeständige Kontaktfläche hat und trotzdem billig in der Herstellung ist. The present invention is based on the object of a current collector rail indicate that has a wear-resistant contact surface and is still cheap in the manufacture is.

Diese Aufgabe wird durch eine Stromabnehmerschiene der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein an die erwähnte Oberfläche angrenzender Bereich des Aluminiumprofils Begierungszusätze enthält, die ihm eine gegenüber dem Rest des Aluminiumprofils, der die betreffenden Begiervmgszusätze nicht oder in wesentlich geringerer Menge enthält, größere Härte und Verschleißbeständigkeit verleihen. This task is achieved by a current collector rail of the type mentioned at the beginning Kind solved, which is characterized according to the invention in that a to the mentioned The surface of the adjacent area of the aluminum profile contains additives, the one opposite to the rest of the aluminum profile, which has the desired additives does not contain or contains in a significantly smaller amount, greater hardness and wear resistance to lend.

Eine solche Stromabnehmerschiene läßt sich durch Einschmelzen der Begierungszusätze mittels eines Energiestrahles, insbesondere eines Elektronenstrahls, preiswert herzusteBen. Such a current collector rail can be melted down by the Beginning additives by means of an energy beam, in particular an electron beam, cheap to produce.

Als Ausgangsmaterial kann ein Profil aus einer üblicherweise für Stromleiter verwendeten Aluminiumlegierung verwendet werden, wie z.B. AlMgSi 0,5. Da das Material der vorliegenden Stromabnehmerschiene durchgehend im wesentlichen aus Aluminium besteht, treten bei Temperaturänderungen praktisch keine mechanischen Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungs koeffizienten auf. Die Materialkosten sind gering, da außer Aluminium nur kleinere Mengen an Legierungszusätzen, nicht jedoch eine massive Auflage aus Leitungskupfer benötigt werden.As a starting material, a profile from a profile usually used for electrical conductors used aluminum alloy, such as AlMgSi 0.5. Because the material of the current collector rail essentially made of aluminum there are practically no mechanical stresses when the temperature changes due to different thermal expansion coefficients. The material cost is low, since only small amounts of alloy additives apart from aluminum, but not a solid layer of copper wire is required.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. The subclaims relate to advantageous configurations and developments the invention.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei wird auch ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der vorliegenden Stromschienen zur Sprache kommen. Es zeigen: Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Stromabnehmerschiene gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Figur 2 und 3 Schnittansichten von Teilen von Stromabnehmerschienen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. In the following, exemplary embodiments of the invention are referred to Explained in more detail on the drawings, it is also a preferred method for Manufacture of the present busbars come up. They show: FIG. 1 a cross-sectional view of a current collector rail according to a Embodiment of the invention and Figures 2 and 3 sectional views of parts of current collector rails according to embodiments of the invention.

Die in Figur 1 im Querschnitt dargestellte Stromabnehmer schiene besteht aus- einem schienenartigen Aluminiumprofil 10 mit im wesentlichen bekannter Querschnittsform. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Aluminiumprofil 10, bis auf eine Zone 12, die an eine Oberfläche 14 angrenzt, aus einer üblicherweise für Stromleiter verwendeten Aluminiumlegierung, z.B. AlMgSiO,5. The current collector shown in cross section in Figure 1 consists of a rail-like aluminum profile 10 with essentially known Cross-sectional shape. In the illustrated embodiment, there is the aluminum profile 10, with the exception of a zone 12, which is adjacent to a surface 14, of a conventionally Aluminum alloy used for current conductors, e.g. AlMgSiO, 5.

Bei der Oberfläche 14 handelt es sich um die Gleit- oder Kontaktfläche, auf der im Betrieb der Stromabnehmer eines mit Strom zu versorgenden Fahrzeuges, z.B. eines Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnzuges, gleitet. Die an die Oberfläche 14 angrenzende Zone 12 enthält Legierungsbestandteile, die im Rest des Aluminiumprofils nicht oder jedenfalls in wesentlich geringeren anteilmäßigen Mengen vorhanden sind und mit dem Grundinetall Aluminium eine harte, verschleißbeständige Legierung mit guten Gleiteigenschaften ergeben. The surface 14 is the sliding or contact surface, on the operation of the pantograph of a vehicle to be supplied with electricity, e.g. a high-speed maglev train, slides. The one to the surface 14 adjacent zone 12 contains alloy components that are present in the rest of the aluminum profile are not present or at least in significantly smaller proportions and with the base metal aluminum, a hard, wear-resistant alloy result in good sliding properties.

Bei der vorliegenden Stromabnehmerschiene handelt es sich.also um ein integrales Aluminiumbauteil, das nur in einer Zone durch zusätzliche Legierungsbestandteile veredelt ist. The current collector rail is therefore an integral aluminum component that is only in one zone due to additional alloy components is refined.

Bei der Herstellung einer Stromabnehmerschiene der in Figur 1 dargestellten Art geht man z.B. von einem stranggepreßten. Aluminiumprofil der gewünschten Form und für die Schiene als Ganzes gewünschten Materialzusammensetzung aus. In the manufacture of a current collector rail of the type shown in FIG You kind of go, for example, from an extruded one. Aluminum profile of the desired shape and the desired material composition for the rail as a whole.

Auf die Oberfläche 14 dieses Aluminiumprofils-werden dann die Legierungszusätze (mit oder ohne zusätzliches Aluminium), vorzugsweise in Form einer Schicht auf galvanischem oder mechanischem Wege, aufgebracht. Die Legierungszusätze werden anschließend mittels eines Energiestrahles, vorzugsweise eines Elektronenstrahles, in die Zone 12 einlegiert. Hierzu wird der Energiestrahl durch die Oberfläche 14 bis zu einer der Tiefe der Zone 12 entsprechenden Tiefe so eingeschossen, daß sich durch die dabei bewirkte Verwirbelung der Schmelze eine weitgehend homogene Legierungszone ergibt, deren Eigenschaften exakt vorausgesagt werden können. Eine besonders gute Verwirbelung und Legierung ergibt sich bei Verwendung eines hochenergetischen Elektronenstrahls mit einer Beschleunigungsspannung von z.B. 100 bis 150 kV.The alloy additives are then applied to the surface 14 of this aluminum profile (with or without additional aluminum), preferably in the form of a layer on galvanic or mechanically applied. The alloy additives are then by means of an energy beam, preferably an electron beam, alloyed into zone 12. For this purpose, the energy beam is through the surface 14 up to one of the depth the zone 12 corresponding depth shot in so that caused by it Turbulence of the melt results in a largely homogeneous alloy zone whose Properties can be accurately predicted. A particularly good swirl and alloy results from using a high energy electron beam with an acceleration voltage of e.g. 100 to 150 kV.

Das Verhältnis der Schichtdicke zur Einschmelztiefe ist zweckmäßigerweise kleiner als 1:8 und liegt vorzugsweise zwischen 1:10 und 1:40. The ratio of the layer thickness to the melt depth is expedient less than 1: 8 and is preferably between 1:10 and 1:40.

Die Zone 12 kann ein streifenförmiger, im wesentlichen homogener Bereich sein, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich. Figur 2 zeigt eine Zone 12', die aus mehreren, aneinanderstoßenden oder auch etwas durch das Grundmaterial getrennten stiftartigen rotationsparaboloidförmigen oder langgestreckten, parabolzylindersegmentförmigen Bereichen besteht. The zone 12 can be strip-shaped, essentially homogeneous Area as shown in FIG. However, there are other configurations as well possible. Figure 2 shows a zone 12 ', which consists of several, abutting or also somewhat pin-like paraboloid of revolution separated by the base material or elongated, parabolic cylinder segment-shaped areas.

Figur 3 zeigt eine Zone 12, die aus einer Anzahl von schuppenartig aneinandergesetzten Schmelzzonen besteht, wie sie sich z.B. bilden, wenn mehrere, nebeneinanderliegende, in Längsrichtung des Aluminiumprofils 10 verlaufende Streifen nacheinander mittels eines Energiestrahles geschmolzen und legiert werden. Figure 3 shows a zone 12, which consists of a number of scale-like contiguous melting zones, as they are formed, for example, when several, adjacent strips running in the longitudinal direction of the aluminum profile 10 are melted and alloyed one after the other by means of an energy beam.

Bei der Herstellung mittels eines Energiestrahles, insbesondere Elektronenstrahls, kann die Zone 12, 12' oder 12 an jedem Punkt nur einmal mittels des Energiestrahls behandelt werden, man kann jedoch auch jeden Punkt der Bereich zwei-oder mehrmals umschmelzen, um die Struktur zu verbessern. When producing by means of an energy beam, in particular an electron beam, the zone 12, 12 'or 12 can only be used once at each point by means of the energy beam However, you can treat each point of the area two or more times remelt to improve the structure.

Die Dicke der legierten Zone kann z.B. zwischen etwa 1 und 5 mm liegen. The thickness of the alloyed zone can, for example, be between about 1 and 5 mm.

Als Legierungszusätze kommen insbesondere Silicium, vorzugsweise in einem Anteil von 10 bis 15 %, und/oder mindestens eines der Metalle Vanadin, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel, vorzugsweise Eisen und/oder Nickel in einem Anteil von etwa 10 bis 25 %, oder Kupfer , vorzugsweise in einem Anteil zwischen 2 und 10 , insbesondere zwischen 2,5 und 5 ffi in Frage. In particular, silicon is preferred as alloy additives in a proportion of 10 to 15%, and / or at least one of the Metals vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt and nickel, preferably iron and / or Nickel in a proportion of about 10 to 25%, or copper, preferably in one Share between 2 and 10, in particular between 2.5 and 5 ffi.

Alle Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen. All percentages are based on weight.

Claims

Claims 1. Current collector rail made of an aluminum profile for the power supply of a route-bound vehicle with at least one a surface of the current collector rail sliding current collector, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that at least one of the surfaces mentioned (14) Adjacent area (12) of the aluminum profile (io) contains alloy additives which it is harder and more wear-resistant than the rest of the aluminum profile to lend.

2. Current collector rail according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the area (12 ') consists of several sub-areas lying next to one another consists.

3. Current collector rail according to claim 2, d a d u r c h g e k e n Nz e i c h n e t that the subregions are at least approximately parabolic in cross-section are.

4. Current collector rail according to claim 2 or 9, d a -d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the subregions are arranged at a distance from one another and are separated by base material.

5. Current collector rail according to claim 1, d a d u r c h g e k e n It is noted that the area (12 ") consists of several adjoining melting zones consists.

6. Current collector rail according to one of the preceding claims, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the aluminum profile (10) except for the mentioned area (12) made of an aluminum alloy commonly used for current conductors consists.

7. Current collector rail according to one of the preceding claims, 1 a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that the range (12) 10 to 15% 0 silicon contains.

8. Current collector rail according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the area total 10 to 25 % Iron and / or nickel contains.

9. Stromabnelunerschiene according to any one of claims 1 - 7, d a d u It is noted that the area contains 2 to 10% copper.

10. Current collector rail according to claim 9, d a d u r c h g e k e n It should be noted that the range contains 2.5-5.5% copper.

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