DE3831177A1 - Kontaktkraft-regeleinrichtung fuer stromabnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der vom Stromabnehmer eines elektrischen Triebfahrzeuges mit­ tels einer pneumatischen, hydraulisch oder sonstwie betätigten Hubvorrichtung auf den Fahrdraht ausgeübten Kontaktkraft mit­ tels einer oder mehrerer in den Kraftübertragungsweg des Strom­ abnehmers angeordneter Kraftsensoren, die unterhalb vorgegebe­ ner Belastungs-Schwellwerte eine Betätigung der Hubvorrichtung im Sinne einer Erhöhung der Kontaktkraft auslösen, während ansonsten die Hubvorrichtung auf Absenkung gesteuert ist, unter Verwendung von je zwei kraftübertragenden Teilen des Stromab­ nehmers als Kraftsensoren, die mittels eines federnden Ele­ mentes miteinander verbunden und gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.

Um die Abnützung der Kohleschleifstücke des Stromabnehmers von Triebfahrzeugen der Bahn möglichst klein und den Anhub der Oberleitung innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, soll der Stromabnehmer mit geringstmöglicher Kontaktkraft gegen den Fahrdraht gedrückt werden. Dagegen ist die untere Kontakt­ kraftgrenze durch beginnende Lichtbogenbildung zwischen den Schleifstücken und dem Fahrdraht gegeben.

Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nehmen die Schwankungen der Kontaktkraft um ihren Mittelwert zu, so daß die Mindestkontakt­ kraft, die einen lichtbogenfreien Betrieb gewährleistet, unter­ schritten würde. Die Unterschreitung der erforderlichen Mindest­ kontaktkraft kann aber vermieden werden, indem der Mittelwert der Kontaktkraft bei höherer Geschwindigkeit entsprechend an­ gehoben wird.

Um die Kontaktkraft unabhängig von auftretenden Störgrößen regeln zu können, ist eine Erfassung des Kraft-Istwertes mög­ lichst nahe am Fahrdraht erforderlich. Der bisherige Stand der Technik sah dafür Kraftsensoren vor, die die Istkraft mecha­ nisch erfassen und mittels verschiedener Verfahren (elektro­ mechanisch, fern-optisch, pneumatisch, hydraulisch, lichtleiter­ optisch usw.) ins Triebfahrzeug zur Auswertung übertragen. Dabei wurde die Kontaktkraft stets als variable analoge oder digitale Größe erfaßt, übertragen und ausgewertet.

Der mit dieser bekannten Technik verbundenen komplizierte und damit teure Aufbau der Meß- und Übertragungsvorrichtungen ist durch die starken mechanischen und elektrischen Belastungen, wie sie im Bahnbetrieb auftreten, stark gefährdet. Manche der bekannten Einrichtungen zur Messung der Kontaktkraft verur­ sachen überdies eine wesentliche Erhöhung des Luftwiderstandes des Stromabnehmers. Außerdem müssen bereits vorhandene Strom­ abnehmertypen stark verändert werden, wenn sie mit den genann­ ten Einrichtungen ausgestattet werden sollen.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die für die Regelung der Kontaktkraft erforderliche Messung derselben mit wesentlich geringerem Aufwand und mit höherer Empfindlichkeit durchzuführen und erzielt dies dadurch, daß entweder der eine dieser Teile die Enden eines aufgeschnittenen Lichtleiters trägt, zwischen die eine mit dem anderen Teil verbundene Blende ragt, die bei Unterschreitung des vorgegebenen Schwellwertes der Belastung den Lichtweg freigibt, wodurch ein am Ende des Lichtweges angeordneter optischer Sensor ausgelöst wird, oder daß in beide Teile ein deformierbarer Lichtleiter eingespannt ist, der bei veränderter Belastung seine Übertragungseigenschaf­ ten verändert, worauf ein am Ende des Lichtweges angeordneter optischer Sensor reagiert und unter einem bestimmten Schwell­ wert die Nachregelung auslöst.

Hierbei ist das die beiden kraftübertragenden Teile des Strom­ abnehmers verbindende federnde Element so geformt und dimensio­ niert, daß bei der Ansprechlage bereits eine Kraft in der Größe des Schwellenwertes auftritt.

Die Verschiebung der gegeneinander federnden Teile kann sehr klein sein. Verwendet man z.B. als federndes Element den Licht­ leiter selbst, in dem man ihn durch beidseitiges Anbringen von Metallprofilen bei Belastung wellenförmig verformt, so ändert der Lichtleiter seine Übertragungseigenschaften (Microbending- Effekt), womit man den optischen Sensor ebenfalls auslösen kann. Hier beträgt die Verschiebung bzw. Deformation des Licht­ leiters nur einige µm.

Wenn an einem Stromabnehmer mehrere Schwellwertschalter vorge­ sehen sind, erweist es sich als zweckmäßig, alle Schwellwert­ schalter untereinander durch zwischengeschaltete Lichtleiter zu verbinden, durch die sie in Serie in einen einzigen Lichtweg geschaltet sind. Der durch die Federkonstanten vorgegebene Schwellwert muß dann bei allen Schwellwertschaltern gleich­ zeitig unterschritten werden, damit der optische Sensor aus­ löst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt den oberen Teil des Auflaufhornes 1 eines Halbscherenstromabnehmers und einen Teil der Schleifstückträger 2, auf dem das Kohleschleifstück 3 angeordnet ist. Am Auflauf­ horn 1 ist ein Winkeleisen 4 angebracht, das mittels einer Blattfeder 5 mit dem Schleifstückträger 2 verbunden ist. Die Blattfeder 5 hebt im unbelasteten Zustand den Schleifstückträ­ ger 2 empor und gestattet bei Belastung eine geringe Relativ­ verschiebung des Schleifstückträgers 2 gegenüber dem Auflauf­ horn 1 um einige Zehntelmillimeter, wobei diese Verschiebung des Schleifstückträgers 2 nach unten durch ein auf dem Winkel­ eisen 4 angebrachtes Auflager 6 begrenzt wird. Anstelle von Blattfedern können auch Gummifederelemente o. ä. verwendet werden.

Das Auflager 6 besitzt eine Bohrung zur Aufnahme der Enden 7, 8 eines Lichtleiters 9 sowie eine weitere Bohrung zur Aufnahme einer in Form einer Schraube ausgebildeten Blende 10 für den zwischen den Enden 7 und 8 des Lichtleiters 9 frei geführten Lichtstrahl. Die Blende 10 ist mit dem Schleifstückträger 2 verschraubt und kann durch Verdrehung um ganzzahlige Vielfache von 180° justiert werden. Zur Konzentrierung des Lichtstrahles auf die Blendenöffnung sowie zur Anpassung des aus der Blende austretenden Lichtstrahles an den weiterführenden Teil des Lichtleiters 9 sind zwei Linsen 11 und 12 vorgesehen. (Eine Fokussierung des Lichtstrahls wäre nicht notwendig, wenn eine größere vertikale Verschiebung des Schleifstückes (1 oder 2mm) zulässig wäre. In diesem Fall würden Auflaufhorn 1 und Schleif­ stück 3 eine Kante bilden, an der der Fahrdraht u.U. Beschädi­ gungen des Schleifstückes hervorrufen würde). Bei Überschreitung des Schwellwertes der Belastung wird durch die Absenkung des Schleifstückträgers 2 die Blende 10 relativ zum Lichtstrahl verschoben und unterbricht ihn, wodurch ein am Ende des Licht­ weges angeordneten optischer Sensor ausgelöst wird. Diese Position der Blende 10 ist in der Zeichnung durch strichlierte Linien angedeutet; sie stellt die Sollposition des Schleif­ stückes dar.

Da Schleifstückträger meist sehr unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind, da der Fahrdraht ständig seinen Berührungs­ punkt mit dem Schleifstückträger ändert, erweist es sich als zweckmäßig, am Schleifstückträger mehrere, insbesondere vier Schwellwertschalter an den Enden des Schleifstückträgers anzu­ bringen, von denen jeder für sich die Belastungsüberschreitung meldet. Hierzu werden alle Schwellwertschalter untereinander durch zwischengeschaltete Lichtleiter verbunden und auf diese Weise in Serie in einen einzigen Lichtweg geschaltet. Somit kann jeder einzelne Schwellwertschalter die Lichtleitung freigeben. Diese Freigabe wird am Ende des Lichtleiters, der über Ober- und Unterarme des Stromabnehmers in das Fahrzeug­ innere geführt ist, mittels eines Fototransistors erfaßt und zur Regelung der Anpreßkraft herangezogen.

Mit Hilfe eines Mikroprozessors (oder einer sonstigen elektro­ nischen Einrichtung), der die Signale des Fototransistors aus­ wertet, erfolgt die Regelung der Stromabnehmer-Anpreßkraft in der Weise, daß nach einer Unterschreitung der Mindest-Kontakt­ kraft, die durch die Lichtfreigabe gemeldet wird, beispiels­ weise die Luftzufuhr zur pneumatischen Hubvorrichtung einge­ leitet wird, sodaß die Kontaktkraft um ein definiertes Maß angehoben wird. Danach wird die Kontaktkraft langsam vermin­ dert, bis die Schwellwertschalter wieder ansprechen. Auf diese Weise pendelt der Istwert der Kontaktkraft immer um den vorge­ gebenen Sollwert.

Die Erfindung ist an sich mittels beliebig ausgestalteter Schwellwertschaltungen realisierbar, also beispielsweise mit solchen, die einen elektrischen Strom oder einen pneumatischen Durchfluß unterbrechen. Gegenüber der Pneumatik weist der Licht­ leiter jedoch den Vorteil einer praktisch verzögerungsfreien Signalübertragung auf. Eine elektrische Signalübertragung vom Stromabnehmer ist wiederum wegen der hohen Spannungsdifferenzen problematisch, während die Signalübertragung mittels Lichtlei­ ter eine völlig einwandfreie Potentialtrennung ermöglicht.

Auch können ähnlich aufgebaute Schwellwertgeber an anderen Stellen des Stromabnehmers angeordnet sein, z.B. können die an jedem Stromabnehmer bereits vorhandenen Federelemente der Wippe zur Feststellung des Schwellwertes dienen.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Regelung der vom Stromabnehmer eines elek­ trischen Triebfahrzeuges mittels einer pneumatisch, hydraulisch oder sonstwie betätigten Hubvorrichtung auf den Fahrdraht aus­ geübten Kontaktkraft mittels einer oder mehrerer in den Kraft­ übertragungsweg des Stromabnehmers angeordneter Kraftsensoren, die unterhalb vorgegebener Belastungs-Schwellwerte eine Betäti­ gung der Hubvorrichtung im Sinne einer Erhöhung der Kontaktkraft auslösen, während ansonsten die Hubvorrichtung auf Absenkung gesteuert ist, unter Verwendung von je zwei kraftübertragenden Teilen des Stromabnehmers als Kraftsensoren, die mittels eines federnden Elementes miteinander verbunden und gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß entweder der eine (4, 6) dieser Teile die Enden (7, 8) eines aufgeschnittenen Lichtleiters (9) trägt, zwischen die eine mit dem anderen Teil (2) verbundene Blende (10) ragt, die bei Unterschreitung des vorgegebenen Schwellwer­ tes der Belastung den Lichtweg freigibt, wodurch ein am Ende des Lichtweges angeordneter optischer Sensor ausgelöst wird, oder daß in beide Teile (4, 2) ein deformierbarer Lichtleiter eingespannt ist, der bei veränderter Belastung seine Übertra­ gungseigenschaften verändert, worauf ein am Ende des Lichtweges angeordneter optischer Sensor reagiert und unter einem bestimm­ ten Schwellwert die Nachregelung auslöst.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der mehrere Kraftsensoren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kraftsensoren untereinander durch zwischengeschaltete Lichtleiter verbunden, in Serie in einen einzigen Lichtweg ge­ schaltet sind.