DE29722534U1

DE29722534U1 - Auftriebsarme Schleifleiste

Info

Publication number: DE29722534U1
Application number: DE29722534U
Authority: DE
Original assignee: ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG; ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
Current assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2007-12-20

Description

Erfindungsbeschreibung GB1356 .j. · ..*·····" Seite

Beschreibung Auftriebsarme Schleifleiste

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifleiste für Dachstromabnehmer schnellfahrender elektrisch betriebener Schienenfahrzeuge, wie sie im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 definiert ist.

Eine Vielzahl moderner Dachstromabnehmer für Schienenfahrzeuge weisen zur Stromabnahme Schleifleisten auf, die aus einem Aluminium-Träger mit aufgeklebter Hartkohleschicht als Schleifstück bestehen und zumeist paarweise auf einer Wippe eines Halb- oder Vollscherenstromabnehmers mit geeigneten Hubantrieben an den Fahrdraht angepreßt und geführt werden.

In der langen Tradition und Erforschung der naturgesetzlichen Abhängigkeit zwischen der Geometrie des Stromabnehmers, seiner Wippe und insbesondere der Schleifleiste und deren Eigenschaften hinsichtlich Strömungswiderstand, Auftriebskraft, Strömungsbeeinflussung zwischen voraus- und nachlaufender Schleifleiste, Nick-, Gier- und Rollmomente und Geräuschentwicklung in statischer und dynamischer Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der umströmenden Luft und dem Verschleißzustand der Hartkohleschicht sind umfangreiche, teilweise technisch sehr aufwendige und kostspielige Untersuchungen zur Optimierung der Geometrie und des Hubantriebs der Stromabnehmer-, Wippen- und Schleifleistenkonstruktion durchgeführt worden.

Im Bereich der Deutschen Bahnen ist die Querschnitts-Geometrie der Schleifleisten zur sogenannten "Einheitsschleifleiste" optimiert und standardisiert worden, mit der im konventionellen Geschwindigkeitsbereich bis 160 km/h ein aerodynamisch günstiges Auftriebsverhalten der Schleifleiste erzielt werden kann. Sie weist einen Schleifstückträger mit um die Vertikalachse symmetrischem, annähernd trapezförmigem Querschnitt auf, dessen vordere und hintere Stauflächen geteilt sind, wobei die oberen und unteren Teilflächen mit unterschiedlicher Schräge ausgebildet

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sind. Die Knickkante zwischen oberer und unterer Teilfläche ist so gewählt, daß sie etwa in halber Höhe der Schleifleistenhöhe liegt, die sich bei einem mittleren Verschleißzustand zwischen neuem und maximal zulässig verschlissenen Schleifstück einstellt. Mit dieser Form wird ein stationärer, stabiler Staupunkt vor und hinter der Schleifleiste und eine stabile Umströmung sowohl des voraus- als auch des nachlaufenden Schleifstücks erzeugt, die für einen ruhigen Lauf der Schleifleisten am Fahrdraht wesentlich sind. Für die Verwendung für größere Geschwindigkeiten wurde diese Schleifleiste so modifiziert, daß die obere, schmalere Teilfläche mit einer Schrägen versehen ist, die etwa 10° von der Vertikalen abweicht, und die untere, breitere Teilfläche mit einer Schräge von etwa 25° bis 27° von der Vertikalen abweicht.

In der DE-AS 12 93 184 ist vorgeschlagen, den Schleifstückträger an seiner vom Schleifstück abgewandten Unterseite mit einer schrägen Staufläche auszubilden, deren Winkel gegenüber der Vertikalen vorzugsweise etwa 70° betragen soll, wobei zwei derartige Schleifleisten so in die Wippe eingebaut sind, daß die Schrägen Ihrer Stauflächen spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.

In der DD 241 041 A1 wird eine Schleifleiste vorgeschlagen, der in Anströmrichtung eine zusätzliches Anströmprofil vorgesetzt ist, das eine ebene, vertikal gerichtete Staufläche mit oberer und unterer Abreißkante und einer Höhe, die wesentlich geringer als die Schattenfläche der Schleifleiste ist, aufweist und zumindest an der Unterseite mit einem Radius in die Reststaufläche des Schleifstückträgers übergeht.

Bekannt geworden sind weitere Versuche mit maßlich anderen Trapez-Querschnitten, Rechteckquerschnitten und und formlich anderen Querschnittsprofilen für die Schleifleiste, die offensichtlich bisher nicht zu einer wesentlichen Verbesserung der Betriebseigenschaften über einen großen Geschwindigkeitsbereich und insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten geführt haben.

In neueren Entwicklungen wurde das aerodynamische Verhalten der Stromabnehmer verbessert, indem an Stromabnehmer-Wippen, die mit "Einheitsschleifleisten" oder diesen geometrisch nahekommenden Hochgeschwindigkeitsschleifleisten bestückt waren, zusätzliche aerodynamisch wirksame Auf- oder Abtriebshilfen angeordnet wurden, wie sie beispielsweise in der DE-AS 12 72 958 und der DE G 89 12 458 U1 in symmetrischer oder asymmetrischer Ausbildung beschrieben sind.

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Für Stromabnehmer im Geschwindigkeitsbereich über 200 km/h erwies sich, daß bei den herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsschleifleisten ein extremer Zuwachs der Auftriebskraft an den Fahrdraht zu unerwünscht hohem Verschleiß des Schleifstücks führt und die vorbeschriebenen Lösungen zur Beeinflussung der Auftriebskraft entweder kompliziert zu dimensionieren sind, bei sehr hohen Geschwindigkeiten versagen oder hinsichtlich des Strömungswiderstands, der Änderung der Anpreßkraft an den Fahrdraht, der Drehmomente, die auf die Wippe mit den beiden Schleifleisten wirken, der Bauteilmasse und/oder der aeroakustischen Effekte zu nicht mehr tolerierbaren Nachteilen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für eine gattungsgemäße Schleifleiste zu finden, die einfach zu realisieren ist, auf komplizierte aerodynamisch wirksame Vorrichtungen und Profile verzichtet und besonders im Geschwindigkeitsbereich über 200 km/h die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird für eine Schleifleiste der eingangs geschilderten Art mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Fortbildung der Erfindung ist in Schutzanspruch 2 bestimmt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß diese Lösung auf einfachste Art, beispielsweise durch die Veränderung der Dimensionierung des Strangpreßprofils, aus dem heutige Schleifstückträger gefertigt werden, realisiert werden kann, auch bei Fahrgeschwindigkeiten über 200 km/h eine stabile Umströmung der Schleifleisten gewährleistet bleibt und die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Auftriebskraft an jeder Schleifleiste nur einen Bruchteil der Auftriebskraft herkömmlicher Hochgeschwindigkeitsschleifleisten beträgt.

Anhand der Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Schleifleiste im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik dargestellt und beispielhaft die behauptete Wirkung nachgewiesen. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch eine herkömmliche Hochgeschwindigkeits-

schleifleiste nach dem bisherigen Stand der Technik,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete

Schleifleiste,

Fig. 3 ein Auftriebskraft-Geschwindigkeits-Diagramm für einen Vergleich

der herkömmlichen mit einer erfindungsgemäßen Schleifleiste.

Eine erfindungsgemäße Schleifleiste 2 weist nach Fig. 1 einen Schleifstückträger 3 und eine aufgeklebte Hartkohleschicht als Schleifstück 4 auf. Der Schleifstückträger 3 hat einen Querschnitt, der um die Vertikalachse spiegelsymmetrisch und annähernd trapezförmig ist. Jede der beiden Stauflächen 5 des Schleifstückträgers 3 ist in eine oberer, schmalere Teilfläche 5.1 und eine untere, breitere Teilfläche 5.2 geteilt. Während die Teilfläche 5.1 in der von konventionellen Hochgeschwindigkeitsschleifleisten bekannten Form und Breite ausgebildet ist und angenähert eine Schräge von a = 10° aufweist, ist die Teilfläche 5.2 etwa gleich groß wie die analoge Teilfläche der herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsschleifleiste 1 (Fig. 2), weist jedoch nicht eine Schräge von angenähert ßi = 25°, sondern eine Schräge von ß₂ = 18° auf.

Messungen in verschiedenen Windkanälen und Fahrversuche auf elektrischen Triebfahrzeugen (Fig. 3) bis zu Geschwindigkeiten über 300 km/h ergaben, daß eine derartige Schleifleiste 2, deren Form im Lichte der vielfältigen und in sehr unterschiedliche Richtungen gehenden Optimierungsversuche durchaus nicht nahegelegt war, die besonders starke (weil quadratisch mit der Anströmgeschwindigkeit steigende) Erhöhung der Auftriebskraft bei herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsschleifleisten 1 im Geschwindigkeitsbereich über 200 km/h verhindert. Bei horizontaler Anströmung der Schleifleiste 2 wurden Auftriebskräfte F_ges gemessen, die nur etwa 1/3 bis 1/4 der Werte herkömmlicher Hochgeschwindigkeitsschleifleisten 1 erreichten und sich auch bei verschleißender Hartkohleschicht des Schleifstücks 4 nur unwesentlich erhöhen.

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Eine Abweichung der Schräge der unteren Teilfläche 5.2 von dem vorgenannten Optimum um +/- 2,5° erwies sich als tolerierbar hinsichtlich des gewünschten Eigenschaftsbildes.

Vorteilhaft für eine stabile Umströmung der Schleifleisten 2 hat sich in Fortbildung der Erfindung erwiesen, das Schleifstück 4 so auszubilden, daß es einen zur Vertikalachse spiegelsymmetrischen, sich nach oben verjüngenden trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen Stauflächen im Optimum als Schrägen von 5° zur Vertikalen gestaltet sind.

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Claims

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Liste der Bezugszeichen:

1 Herkömmliche Hochgeschwindigkeitsschleifleiste 2 Blatt Zeichnungen 2 Schleifleiste 3 Schleifstückträger 4 Schleifstück 5 Staufläche 5.1 Teilfläche ; 5.2 Teilfläche rges Auftriebskraft a Winkel ! &bgr;&igr;,&bgr;&zgr; Winkel

Schutzansprüche GB1356 .J. **&iacgr; * ^! .*

Schutzansprüche

1 Schleifleiste für Dachstromabnehmer schnellfahrender elektrisch betriebener

Schienenfahrzeuge mit einem Schleifstückträger, der einen um die Vertikalachse spiegelsymmetrischen, annähernd trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen vordere und hintere Stauflächen jeweils in eine obere, schmalere und eine untere,

&iacgr;&ogr; breitere Teilfläche geteilt sind, deren gemeinsame Knickkante etwa hälftig zur mittleren Schleifstückhöhe liegt, wobei die obere, schmalere Teilfläche mit einer Schrägen versehen ist, die etwa 10° von der Vertikalen abweicht, und einer auf den Schleifstückträger aufgeklebten Hartkohleschicht als Schleifstück, gekennzeichnet dadurch, daß die untere, breitere Teilfläche (5.2) mit einer Schräge von 18° (+/- 2,5°) von der Vertikalen abweicht.

2 Schleifleiste nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Schleifstück (4) einen zur Vertikalachse spiegelsymmetrischen, sich nach oben verjüngenden trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen Stauflächen als Schrägen von 5° zur Vertikalen ausgebildet sind.