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Dämpfungsvorrichtung für Stromabnehmer auf elektri-
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schen Triebfahrzeus7en Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsvorrichtung
für Stromabnehmer der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
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Bei bekannten Hubantrieben für Einholm- und Scherenstromabnehmer auf
elektrischen Triebfahrzeugen werden eine oder zwei Hubfedern verwendet, die über
einem bzw.
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zwei Federhebel den Stromabnehmer anheben. Parallel zu diesen Hubfedern
ist ein hydraulischer Dämpfer geschaltet, der Schwingungen des Stromabnehmers verhindern
soll.
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Dabei ist der hydraulische Dämpfer fest eingestellt, wobei sich die
Dämpfungswirkung im wesentlichen abhängig von der Geschwindigkeit der Scherenbewegung
ändert (auch temperaturabhängig). Zum Senken des Stromabnehmers wird ein druckluftbetätigter
Federspeicher wirksam, der über einen Freilauf die Kraft der Hubfedern überwindet.
Dieser Senkantrieb ist entweder auf Massepotential angeordnet und über einen Isolator
mit dem Stromabnehmer gekuppelt oder er befindet sich auf Hochspannungspotential
und ist in den Stromabnehmer-Grundrahmen integriert, wobei die Druckluftzuführung
über einen Isolierschlauch erfolgt.
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Der Stromabnehmer soll mit möglichst konstanter Kraft am Fahrdraht
anliegen und soll bei Jeder Geschwindigkeit möglichst gut gedämpft laufen, um Schwingungen
zu vermeiden. Da die Höhenlage des Fahrdrahtes nicht absolut konstant ist, wird
der Stromabnehmer ständig auf- und abbewegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Dämpfer an die Geschwindigkeiten
des Triebfahrzeuges oder gemessenen Schwingungsistwerten des Stromabnehmers besser
anzupassen und damit die Dämpfungskräfte unabhängig von der Geschwindigkeit möglichst
konstant zu halten.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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Die Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine wesentliche
Herabsetzung des Verschleißens der Schleifleisten und Lagerstellen des Stromabnehmers.
Die bisher verwendeten Dämpfer arbeiten nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit
des jeweiligen Fahrzeuges mit einer gewünschten Dämpfung, so daß im oberen Geschwindigkeitsbereich
der Dämpfer zu hart, im unteren zu weich ist. Dies hat insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten,
bei denen relativ schnelle Auf- und Abbewegungen des Stromabnehmers auftreten, eine
zu hohe Dämpfung und damit eine Uberhöhung der Anpreßkraft zur Folge, die zusätzlich
zu einem hohen Verschleiß eine Gefährdung der Fahrleitung gedeutet. Dies wird durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des Dämpfers vermieden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigen Fig. 1 die Steuerung eines Dämpfers, der zwischen Unterarm und Grundrahmen
eines Stromabnehmers angeordnet ist, wobei der Steuereinrichtung als Istgröße die
Fahrgeschwindigkeit zugeführt wird, Fig. 2 eine Steuerung, bei der als Istwert den
Schwingungen der Wippe proportionale Signale verwendet sind,
Fig.
3 eine andere Aus}ildlmg mit nur einem Mub-Senkantrieb, Fig. 4 eine mit einer Fegeleinrichtung
ausgestattete Dämpfungsvorrichtung, Fig. 5 eine Kennlinie des Funktionsgenerators
und Fig. 6 Dämpfungskennlinien bei kleinen und großen Steuerdruck.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Hubantrieb für einen Einholmstromabnehmer
3 eines elektrischen Triebfahrzeuges werden eine oder zwei Hubfedern 1 verwendet,
die über einen bzw. zwei Federhebel 2 den Einholmstromabnehmer 3 anheben. Parallel
zu diesen Hubfedern 1 ist ein als hydraulischer Stoßdämpfer 4 ausgebildeter Dämpfer
geschaltet, der Schwingungen des Stromabnehmers vermindern soll. Dabei besitzt der
hydraulische Stoßdämpfer 4 eine pneumatische Ansteuerung. Zum Senken des Stromabnehmers
wird ein druckluftbetätigter Federspeicher 5 wirksam, der über einen Freilauf 6
die Kraft der Hubfedern 1 überwindet. Dieser Federspeicher 5 befindet sich auf Hochspannungspotential
und ist in den Stromabnehmergrundrahmen integriert, wobei die Druckluftzuführung
über einen Isolierschlauch 5b erfolgt.
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Soll das Scherengestänge des Stromabnehmers gehoben werden, so wird
Druckluft über ein Magnetventil 7 in den Kolbenraum 8 gedrückt, so daß die Feder
9 des Federsprichers 5 zusammengepreßt wird und dadurch die Hubfedern 1 über den
Freilauf 6 freikommen und der Stromabnehmer 3 sich durch die Kraft der Hubfedern
1 aufstellt. Um ein zu schnelles Anheben und damit Schäden am Stromabnehmer und
Fahrdr.tllt zu verbindern, ist dem Magnetventil 7 eln Drosselventil 10 vorgeschaltet.
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Der Stoßdämpfer 4 ist nur einseitig wirksam und zwar bei durch Fahrdralltlagen
bedingten Änderungen der Arbeitshöhe in senkrechter Richtung sowie beim Senken
des
Stromabnehmers. Seine Dämpfungswirkung wird durch Beaufschlagen mit Druckluft an
einem Steueranschluß verstärkt. Wird also der pneumatIsche Anschluß nicht mit Druck
beaufschlagt, so ist die Dämptungswirkung niedrig und sie steigt mit zunehmender
Druckbeaufschlagung.
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Da die Dämpfungswirkung bei sich ändernden Fahrgeschwindigkeiten,
d.h. auch bei schnellen Relativbewegungen des Stromabnehmers nicht zunehmen soll,
wird mit steigender Fahrgeschwindigkeit der Steuerdruck reduziert.
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Dies geschieht dadurch, daß der hier vorgesehene steuerbare hydraulische
Stoßdämpfer 4 über einen isolierenden Schlauch 11a und ein Stellglied 12, das ein
elektromagnetisch betätigbares, pneumatisches Regelventil ist, mit Druck beaufschlagt
wird. Der Stoßdämpfer 4 ist so ausgebildet, daß durch Erhöhen des Steuerdruckes
die Dämpfung härter wird. Eazu wird einer Steuereinrichtung 14a als Istwert Xi5t
die Istgeschwindigkeit aus einer in jedem elektrischen Triebfahrzeug vorhandenen
Tachometermaschine 13 zugeführt. Diese Steuereinrichtung 14a enthält einen Funktionsgenerator
15 und einen Stromverstärker 16, der mit einem Stellglied 12 verbunden ist.
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Der Funktionsgenerator 15 ist derart ausgebildet, daß jede gewünschte
Dämpfung als Funktion der Istgeschwindigkeit eingestellt werden kann, so daß die
Dämpfungswirkung des pneumatisch steuerbaren hydraulischen Dämpfers 4 in gewünschter
Dosierung in Abhängigkeit von dem eingegebenen Istwert xist (im vorliegenden Fall
abhängig von der Istgeschwindigkeit) vorgegeben werden kann über einen weiteren
Eingang kann ein fester oder verënderbarer Sollwert x5011 vorgegeben werden.
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Wie das Diagramm in Fig. 5 zeigt, ist einem hohen Istwertsignal Xist
am Eingang des Funktionsgenerators 15 ein niedriges Ausgangssignal y entsprechend
einer vorgegebenen Abhängigkeit so zugeordnet, daß im Dämpfer
bei
unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten (Istwerten Xist) eine zumindest annähernd
konstante Dämpferkraft P erzeugt wird (Fig. 6). Die Kennlinie A gibt dem Dämpfungsverlauf
bei kleinem pneumatischen Steuerdruck und die Kennlinie Z den Verlauf bei großem
pneumatischen Steuerdruck wieder.
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Eine weitere Möglichkei der Dämpfereinstellung zeigt die Fig. 2. Bei
dieser Ausftihrun2 wird eine Regeleinrichtung 14b verwendet, bei der die Dämpfungskraft
des pneumatisch ansteuerbaren pneumatischen Stoßdampfers 11 nach einem vorgegebenen
Sol]wert x5011 geführt wird.
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Für die Erfassung des Istwertes Xist sind am Stromabnehmer 3 Schwingungs-Aufnehmer
17 angebracht. Die gemessenen Schwingungswerte werden als Istwerte xi über abgeschirmte
Leitungen in eine elektronische Einrichtung 18 übertragen, umgeformt und über Lichtleiter
19 der Regeleinrichtung 14b zugeführt. Hier wird ein Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt
und eine Führungsgröße y gebildet, die über einen Funktionsgenerator 15 und einen
Stromverstärker 16 das als Stellglied 12 dienende Regelventil beeinflußt. Der durch
das Stellglied 12 gesteuerte Luftdruck regelt die Einstellung des pneumatischem
Stoßdämpfers 11. Da der Federspeicher 5 auf Massepotential angeordnet ist, wird
die Kolbenstange über einen Zugisolator 5a mit dem Stromabnehmer verbunden.
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Bei einem nicht mehr mit Hubfedern 1 versehenen Antrieb (DE-OS 28
41 376) für einen Stromabnehmer 3 (Fig. 3 und 4) wird für die Betätigung des Stromabnehmers
ein Hubzylinder 20 mit einem isolierenden Luftanschluß 20a oder ein Luftbalg verwendet.
Bei einem derartigen Hubantrieb erfolgt das Anheben des Stromabnehmers, bedingt
durch ein Druckausgleichsgefäß, sehr langsam. Dieses sehr langsame Anheben des Stromabnehmers
kann durch erfindungsgemäße Ausbildung der Dämpfungsvorrichtung beseitigt
werden.
Dabei wird entweder eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit (Fig. 3) oder von einem
gemessenen Schwingungs-Istwert (Fig. 4) abhängige Steuerung der Dämpfung vorgesehen,
Zusätzlich zu dem einstellbaren pneumatischen Stoßdämpfer 11 wird in Fig. 3 als
Dämpfer ein im Volumen verstellbares Druckausgleichsgefäß 21 verwendet, während
in Fig. 4 als Dämpfer nur das im Volumen verstellbare Druckausgleichsgefäß 21 dient,
der Stoßdämpfer also weggelassen ist.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung wird ein Drosselventil 10
von der Druckluftversorgung der Lokomotive beaufschlagt. Die andere Seite des Drosselventiles
10 ist mit einem elektromagnetischen Ventil 7 verbunden.
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Die Ausgangsseite des elektromagnetischen Ventils 7 ist an einem speziell
ausgeführten einstellbaren Druckminderventil 28 angeschlossen.
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Der Ausgang dieses speziellen, einstellbaren Druckminderventils 28
ist mit dem Hubzylinder 20 (bzw. mit einem Hubbalg) über einen isolierenden Anschluß
20a verbunden. An die Verbindungsleitung zwischen dem Druckminderventil 28 und dem
Hubzylinder 20 ist außerdem noch ein Druckausgleichsgefäß 21 über die Parallelschaltung
eines Drosselventils 22 und eines Rückschlagventils 23 angeschlossen. Das Druckausgleichsgefäß
21 besteht aus einem Kolben 24 und einer Rückstellfeder 25. Der Zylinderraum 26
des Druckausgleichsgefäßes 21 ist über eine Druckmittelleitung mit dem als elektrisches
Regelventil ausgebildeten Stellglied 27 verbunden, bei dem einem vorgegebenen elektrischen
Strom ein bestimmter Druck zugeordnet ist (Strom-Druckumsetzer). Dieses Stellglied
27 wird über eine Steuereinrichtung 14a (wie zu Fig. 1 beschrieben) von der als
Istwert ist dienenden Fahrzeug-Istgeschwindigkeit gesteuert.
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Die Wirkungsweise dieses Antriebes mit geschwindigkeitsabhängig geregelter
Dämpfung ist folgende: Die an dem Drosselventil 10 ständig anstehende Frischluft
wird, wenn kein "Auf"-Befehl für den Strömabnehmer gegeben wird, vom Magnea;ventil
7 abgesperrt, so daß die nachfolgenden Bauteile {20 bis 28 nicht mit Druckluft beaufschlagt
werden und über den Entlüftungsauslaß des Magnetventils 7 entlüftet sind. Sobald
das Magnetventil 7 durch einen "Auf"-Befehl erregt wird, wird die Entlüftung des
Magnetventils 7 geschlossen und die Eingangsmit der Ausgangsleitung verbunden, so
daß die Frischluft gedrosselt durch das Drosselventil 10 in das speziell ausgeflihrte
Druckminderventil 28 strömt. Dadurch baut sich in dem Hubzylinder 20 ein Druck auf,
der den Stromabnehmer hebt. Uber das Rückschlagventil 23 und das Drosselventil 22
wird nun aber auch das Druckausgleichsgefäß 21 gefüllt, was den Hub des Stromabnehmers
verzögern würde. Deshalb wird beim Einschaltbefehl Stromabnehmer "Auf" an das Magnetventil
7 gleichzeitig die Steuereinrichtung 14a mit angesteuert, die für eine bestimmte
voreinstellbare Zeit das als elektromagnetisches Regelventil ausgebildete Stellglied
27 erregt, so daß der Zylinderraum 26 des Druckausgleichsgefäßes 21 schnell voll
aufgefüllt und damit die Rückstellfeder 25 über den Kolben 24 gespannt wird.
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Dadurch wird das Volumen (Zylinderraum 215) des Druckausgleichgefäßes,
welches die Hebezeit des Stromabnehmers verlängern würde, derartig verkleinert,
daß die nachteilige Wirkung des nicht mehr mit Hubfedern versehenen Antriebs des
Stromabnehmers nicht zum Tragen kommt. Nach Ablauf der voreingestellten Zeit in
der Steuereinrichtung 14a wird das Stellglied 27 langsam entregt, so daß die Luft
im ZyEnde m um 26 über den Entlüftungsausgang des Regelventiles 27 langsam abströmt,
bis ein durch die
Steuereinrichtung 14a vorgegebener Druck bzw.
Dämpfungswirkung erreicht wird. Dadurch wird die Rückstellfeder 25 den Kolben 24
langsam in die Ausgangsstellung zurückdrücken, wodurch das Dämpfungsvolumen im Druckausgleichsgefäß
21 wieder vergrößert wird, was bei schwacher Dämpfungswirkung erwünscht ist. Durch
das langsame Ablassen der Druckluft aus dem Zylinderraum 26 ist das Druckminderventil
28 in der Lage, bei schon gehobenem Stromabnehmer das Dämpfungsvolumen im Druckausgleichsgefäß
21 über das Drosselventil 22 und das Rückschlagventil 23 langsam aufzufüllen, ohne
die Hubzeit für den Stromabnehmer zu beeinflussen. Das Absenken des Stromabnehmers
bei einem Ab -Befehl des Stromabnehmers soll grundsätzlich schnell erfolgen, uni
den Stromabnehmer möglichst schnell vom Fahrdraht zu trennen.
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Dazu ist das Rückschlagventil 23 vorgesehen, welches die schnelle
Entlüftung des Druckausgleichsgefäßes 21 verhindert, so daß die Luft aus diesem
Gefäß nur über das Drosselventil 22 langsam entweichen kann. Sobald der Ab-Befehl
-Befehl an das Magnetventil z durch Abschalten der Steuerspannung Ust der Magnetspule
gegeben wird, wird die Leitung zwischen dem Magnetventil 7 und dem speziell ausgebildeten
Druckminderventil 28 durch die Entlüftungsöffnung des Magnetventils 7 entliiftet.
Dadurch wird die Hochdruckseite des speziell ausgebildeten Druckminderventils 28
drucklos und über eine spezielle Entlüftungseinrichtung in diesem Druckminderventil
28 wird auch der Hubzylinder 20 schnell entlüftet, so daß der Stromabnehmer 3 schnell
absinkt. Ueber das Drosselventil 22 kann dann die Luft aus dem Druckausgleichsbehälter
21 ebenfalls langsam ins Freie abströmen.
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Die Dämpfungseinstellung erfolgt hier in Abhängigkeit von dem Istwert
xist (lstgeschwindigkeit) über die Veränderung des Dämpfungsvolumens in dem Druckausgleichsgefäß
21 und/oder den einstellbaren Dämpfer 11 über das Stellglied 27 (Stromdruckumsetzer).
Wenn z.B. bei sehr
holmen Fahrge schw5nc Igke ten d e Därnpfun£
s:wirkung für den Stromabnehmer schwächer eingestellt werden soll, so muß das Volumen
in dem Druciausgleichsgefäß 21 möglichst groß sein, so daß, wenn der Stromabnehmer
durch die Fahrleitung niedergedrückt wird, das Volumen aus dem Hubzylinder 20 möglichst
schnell über das Rückschlagventil 23 in das Druckausgleichsgefäß 21 mit einem sehr
großen Volumen abströmen kann. Dadurch ist die Dämpfungswirkung klein. Bei einer
bleibenden Absenkung durch niedrigere Fahrdrahtlage wird dann anschließend der überhöhte
Druck durch das Druckminderventil 28, welches eine sekundäre Uberdruckablaßeinrichtung
hat, ins Freie langsam abgelassen, der Ausgleich des Druckausgleichsgefäß 21 erfolgt
in diesem Falle auch über das Drosselventil 22 langsam, Wenn der Fahrdraht wieder
eine höhere Lage einnimmt, wird der Stromabnetlmer steigen und dadurch der Druck
im Hubzylinder abr-ehmen und es erfolgt automatisch über das Druckminderventil 28
eine Nachspeisung auf den eingestellten Druck, so daß die Anpreßkraft am Fahrdraht
konstant bleibt.
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Wird eine starke Dämfpungswirkung bei z.B. niedrigen Geschwindigkeiten
gewünscht, so wird von der geschwindigkeitsabhängigen Steuereinrichtung 14a das
als elektropneumatisches Regelventil ausgebildete Stellglied 27 stärker beaufschlagt
und dadurch eine Druckerhöhung in der Kolbenkammer 26 erreicht und die Feder 25
durch den Kolben 24 zusammengedrückt und das wirksame Volumen (Zylinderraum 21a)
in dem Druckausgleichsgefäß 21 kleiner. Dadurch wird bei einer Fahrdrahtabsenkung
und damit verbundenen Absenkung des Stromabnehmers die Dämpfungswirkung kräftiger,
weil das gleiche Volumen aus dem Hubzylinder 20 über das Rückschlagventil 23 in
einen nun kleineren Raum des Druckausgleichsgefäß 21 abfließen muß.
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Dadurch wird sich relativ schnell ein höherer Druck im Zylinder ausbilden,
der dann nur relativ langsam über das Druckminderventil 28 abströmen kann und damit
kommt eine höhere Dämpfungswirkung zustande.
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Uber eine Drosselbohrung 29 in dem Hubzylinder 20 kann wiLerhin eine
konstante Grunddämpfung zugeschaltet werden, falls dieses erforderlich ist.
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Die Steuerung der Dämpfungswirkung wird bei der Ausführung gemäß Fig.
4 in analoger Weise durch einen vorgegebenen Sollwert x5011 über eine Regeleinrichtung
14b vorgenommen. Die Funktion dieser Einrichtung entspricht im Prinzip der zu Fig.
2 beschriebenen Regelung.
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6 Figuren 6 Patentansprüche
Bezugszeichenliste 1
Hubfeder 2 Federhebel 3 Einholm-Stromabnehmer 4 hydraul. Stoßdämpfer 5a Zugisolator
5b Isolierschlauch 6 Freilauf 7 Magnetventil 5 Kolbenraum 9 Feder 10 Drosselventil
11 pneum. Stoßdämpfer 11a isolierender Schlauch 12 Stellglied 13 Tachometermaschine
1 4a Steuereinrichtung 1 4b Regeleinrichtung 15 Funktionsgenerator 16 Stromverstärker
17 Schwingungs-Aufnehmer 18 elektron. Einrichtung 19 Lichtleiter 20 Hubzylinder
21 Druckausgleichsgefäß 21a Zylinderraum 22 Drosselventil 23 Rückschlagventil 24
Kolben 25 Rückstellfeder 26 Zylinderraum 27 Stellglied 28 Druckminderventil 29 Drosselbohrung
ist Istwert x Sollwert soll
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