DE4109837A1 - Fahrzeug mit einem an eine fahrleitung anlegbaren stromabnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einem an eine Fahrleitung anlegbaren Stromabnehmer, über den Energie zuführbar ist.

Es sind Triebfahrzeuge mit Elektromotoren bekannt, deren Stromversorgungskreis einen oder mehrere Stromabnehmer, einen Hauptschalter, eine Umspannung und mindestens einen Einphasen-Wechselstrom-Reihenschlußmotor sowie eine Spannungssteuerung auf der Nieder- oder Hochspannungsseite des Umspanners aufweist. Bekannt ist auch die Verwendung von Drehstrommotoren in Triebfahrzeugen, die von einem Einphasen- Wechselstromnetz gespeist werden. Den wegen ihres geringen Gewichts, den hohen möglichen Drehzahlen und dem geringen Wartungsaufwand eingesetzten Drehstrommotoren sind Wechselrichter und Gleichrichter vorgeschaltet. Um die notwendige Drehstrom-Antriebsleistung aus dem Einphasen-Wechselstromnetz mit hohem Leistungsfaktor zur Verfügung zu stellen, werden Vierquadrantensteller verwendet, die Stützkondensatoren und Saugkreise benötigen.

Bei manchen Störungen im Vierquadrantensteller kann es vorkommen, daß der Hauptschalter des Triebfahrzeuges nicht auslöst, obwohl die infolge der Störung im Triebfahrzeug fließenden Ströme große Schäden verursachen. Die in den Stromversorgungskreisen bei Störungen entstehenden Ströme können sogar Brände verursachen, ohne daß der Hauptschalter das Triebfahrzeug von der Fahrleitung trennt.

Der Erfindung liegt im wesentlichen das Problem zugrunde, für Fahrzeuge, die an Fahrleitungen anlegbare Stromabnehmer aufweisen, einen Kurzschlußschalter zu entwickeln, der durch einen vorgebbaren Strom betätigt wird und einen Kurzschlußstrom in der jeweiligen Fahrleitung erzeugt, der in dem die Fahrleitung speisenden Unterwerk einen Leistungsschalter betätigt.

Das Problem wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein an Massepotential des Fahrzeugs gelegtes mit einem Antriebselement verbundenes Schaltglied vorgesehen ist, das mittels eines Überwachungsglieds bei Überschreitung eines vorbestimmten Stroms in einem Fahrzeugstromkreis aus einer Öffnungs- in eine Schließstellung bewegbar ist, in der das Schaltglied an einem mit der Fahrleitung leitend verbundenen Kontakt anliegt.

Mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kurzschlußschalter, der als Not- Kurzschlußschalter bezeichnet werden kann, wird im Falle einer einen Überstrom im Überwachungsglied verursachenden Störung eine leitende Verbindung zwischen der Fahrleitung und einer Fahrzeugstelle erzeugt, die auf Massepotential liegt. Hierdurch wird ein Kurzschlußstrom hervorgerufen, der zwischen der Fahrleitung und Masse, also nicht in den Stromkreisen im Fahrzeug, fließt. Dieser Kurzschlußstrom wird von den Schutzeinrichtungen im Unterwerk festgestellt. Die Schutzeinrichtungen lösen hierauf die Abschaltung des Streckenabschnitts aus, in dem sich das Fahrzeug befindet. Das Fahrzeug wird hierdurch von der Netzversorgung abgetrennt. Der Kurzschlußschalter kann danach wieder in seine Öffnungsstellung gebracht werden. Nach der Abschaltung des Streckenabschnitts kann der Fehler im Fahrzeug ermittelt und beseitigt werden.

Beispielsweise wird die Verbindung zwischen Fahrleitung und Fahrzeug aufgetrennt. Das Fahrzeug kann nach Wiedereinschaltung der Netzversorgung für die Fahrleitung von einem anderen Fahrzeug abgeschleppt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltglied ein mit einem gegebenenfalls verbreiterten Kontaktende ausgestattetes, linear beweglich gelagertes, metallisches Stabelement wie Stange, das an seinem anderen Ende mit dem Antriebselement verbunden ist und mindestens über eine Führung an das Massepotential gelegt ist. Der Kurzschlußstrom wird bei dieser Anordnung über die Führung geleitet. Das Antriebselement ist daher nicht dem Kurzschlußstrom ausgesetzt. Das Schaltglied wird im stromlosen Zustand eingeschaltet und auch ausgeschaltet, da der Hauptschalter im Unterwerk den Kurzschlußstrom abschaltet. Daher ist es nicht notwendig, das Schaltglied für die Unterbrechung von Strömen auszubilden.

Vorzugsweise ist das Antriebselement eine Gasdruckfeder, die in der Öffnungsstellung eine Kraft auf das Schaltglied ausübt, das in seiner Öffnungsstellung durch eine vom Überwachungsglied freigebbare Sperre gehalten wird. Auf das Schaltglied wird bei dieser Anordnung ständig eine Kraft ausgeübt, die bei Aufhebung der Sperre im Falle eines vom Überwachungsglied festgestellten Überstroms das Schaltglied antreibt und gegen den auf Fahrleitungspotential liegenden Kontakt drückt.

Das Antriebselement kann auch eine Feder sein, die in der Öffnungsstellung des Schaltglieds gespannt ist und in gespannter Stellung durch eine vom Überwachungsglied freigebbare Sperre gehalten wird.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Antriebselement in einem länglichen, an einer Stirnseite mit einer Öffnung versehenen Gehäuse angeordnet, das aus Metall besteht und nahe an seiner Öffnung die Führung für das Schaltglied aufweist, das in seiner Öffnungsstellung innerhalb des Gehäuses liegt und mit dem verbreiterten Kontaktende unter Krafteinwirkung gegen einen Deckel auf der Öffnung angedrückt ist, wobei der Deckel durch einen das Überwachungsglied bildenden Sicherungsdraht in seiner Schließstellung fixiert ist. Durch den Sicherungsdraht wird der Strom geleitet, dessen Höhe ein Kriterium für schwerwiegende Fehler in der elektrischen Ausrüstung des Fahrzeugs ist. Tritt ein bestimmter Strom im Sicherungsdraht auf, dann schmilzt der Sicherungsdraht durch und hebt damit die feste Verbindung zwischen Gehäuse und Deckel auf. Das Antriebselement bewegt das Ende des Schaltglieds aus dem Gehäuse heraus, wobei der Deckel abgeworfen wird. Der Deckel ist zweckmäßigerweise über ein flexibles Element, z. B. ein Band oder eine Kette, unverlierbar mit dem Gehäuse verbunden. Nach dem Abwurf von der Öffnung des Gehäuses geht der Deckel daher nicht verloren und kann bei der Einstellung des Kurzschlußschalters wieder zur Abdeckung des Gehäuses verwendet werden.

Eine andere Ausführungsform, das Schaltglied innerhalb des Gehäuses in seiner Öffnungsstellung zu halten wäre, das Gehäuse mit einem Deckel aus Kunststoff mit niedrigem Schmelzpunkt zu verschließen. Der Deckel wird an seinem inneren Umfang mit einer Nut versehen und in diese Nut wird eine Heizspirale gelegt. Tritt ein bestimmter, einer Fehlfunktion entsprechender Strom in diesem Heizdraht auf, wird der Kunststoff durchgeschmolzen und das Schaltglied fährt aus dem Gehäuse Richtung Dachleitung.

Insbesondere ist die Gasdruckfeder im Abstand von der länglichen Innenwand des Gehäuses angeordnet und nahe an einem Ende über das Schaltglied und die Führung sowie am anderen Ende über einen elektrisch isolierenden, topfförmigen Einsatz mit dem Gehäuse verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß kein Kurzschlußstrom über die Gasdruckfeder fließen kann. Der Kurzschlußstrom fließt über das Schaltglied, die Führung und das Gehäuse. Die Gasdruckfeder wird deshalb nicht vom Kurzschlußstrom beschädigt.

Das Gehäuse weist zweckmäßigerweise an seiner geschlossenen Stirnseite eine axial verlaufende Platte für die Verbindung mit einem Befestigungswinkel am Dach des Fahrzeugs und in der Nähe der Öffnung eine radial verlaufende Platte für die Befestigung an einem höhenverstellbaren Stützer auf dem Dach des Fahrzeugs auf. Das Gehäuse kann hierbei auf einfache Weise auf dem Fahrzeugdach befestigt und so eingestellt werden, daß das Kontaktende des Schaltglieds mit einem Abschnitt der Stromleitung auf dem Dach des Fahrzeugs nach Aufhebung der Sperre in Verbindung treten kann.

Bei einer anderen günstigen Ausführungsform ist das Antriebselement eine Sprengkapsel, die bei Überschreitung des Stroms vom Überwachungsglied gezündet wird. Mit dieser Anordnung kann das Schaltglied im Auslösungsfall besonders stark beschleunigt werden.

Ganz allgemein kann folgende prinzipielle Lösung genutzt werden.

Auf einem Fahrzeugdach ist eine Anordnung mit einem Gehäuse mit einem gegen eine Feder niedergespannten Bolzen aufgesetzt. Die Anordnung liegt auf Massepotential, muß also, abgesehen von den erforderlichen Abständen zur Hochspannung, keinerlei Isolationsfunktionen besitzen.

Bei Auslösung der Anordnung wird der Bolzen durch die Feder gegen ein entsprechendes Gegenstück an der Dachleitung getrieben und verbindet diese mit Masse, wodurch ein Kurzschluß hergestellt ist.

Um eine langjährige Funktionsbereitschaft zu erhalten, sollte die Anordnung in der Wartefunktion hermetrisch abgeschlossen sein, wodurch ein Einfluß von Korrosion vermieden werden kann.

Um Fehlauslösungen soweit wie möglich zu vermeiden, wird zur Auslösung die im Fahrzeug vorhandene Wechselspannung verwendet. Erscheint von der Logik her fälschlich ein Auslösebefehl, obwohl der Hauptschalter bereits geöffnet hat, wird die Auslösung dadurch unterbunden, daß keine Wechselspannung mehr vorhanden ist. Die eigentliche Auslösung soll durch Erhitzung bzw. Abschmelzen eines Drahtes erfolgen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die Zeichnung zeigt in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einen Kurzschlußschalter (10) auf einem über einen Fahrleitungsdraht und einen Stromabnehmer mit Strom versorgten Fahrzeug (12). Der Kurzschlußschalter (10) enthält ein Schaltglied (14) in Form einer axial verschiebbar gelagerten Stange, an deren einem Ende ein Kontaktstück (16) befestigt ist. Das Schaltglied (14) ist in einem länglichen, insbesondere zylindrischen Gehäuse (18) in einer Führung (20) beweglich gelagert, die sich nahe an einem Ende (22) des Gehäuses (18) befindet. Am Ende (22) hat das Gehäuse (18) eine nicht näher bezeichnete Öffnung. Am anderen Ende (24) ist das Gehäuse (18) geschlossen.

Innerhalb des Gehäuses (18) ist eine Gasdruckfeder (26) angeordnet, mit deren nicht dargestelltem beweglichen Element das andere Ende des Schaltglieds (14) verbunden ist. Das bewegliche Element der Gasdruckfeder (26) ist im Zylinder verschiebbar angeordnet, so daß keine weitere axiale Führung für das Schaltglied (14) notwendig ist. Das Gehäuse (18) besteht aus Metall. Die Gasdruckfeder (26) hat Abstände zu der länglichen Innenwand des Gehäuses (18). Nahe am Ende (24) befindet sich im Inneren des Gehäuses (18) ein topfförmiger Einsatz (27) aus elektrisch isolierendem Material. Der Einsatz (27) berührt die Innenwand des Gehäuses und bildet die Halterung für das eine Ende der Gasdruckfeder (26).

Am Ende (24) des Gehäuses (18) ist eine Platte (28) befestigt, die sich in axialer Richtung des Gehäuses (18) erstreckt. Die Platte (28) ist mit einer schmalen Stirnseite mit dem Gehäuse (18) z. B. mittels Schweißen, verbunden. In der Platte (28) befindet sich eine Gewindebohrung. Nahe am Ende (22) ist an der Außenseite des Gehäuses (18) eine zweite Platte (30) befestigt. Die Platte (30) ist an einer Schmalseite mit dem Gehäuse (18) verbunden und ragt radial nach außen. Die Plattenebene verläuft parallel zur Längsachse des Gehäuses (18). In der Platte (30) befindet sich eine weitere Gewindebohrung. Beide Platten (28), (30) bestehen aus Metall.

Auf dem metallischen Dach (32) des Fahrzeugs (12), bei dem es sich vorzugsweise um ein Triebfahrzeug für Schienen- oder Straßenverkehrsmittel handelt, ist ein Befestigungswinkel (34) angebracht, der aus Metall besteht. Das senkrecht nach oben ragende Teil des Befestigungswinkels (34) weist eine Bohrung auf, in die eine Schraube (36) eingesetzt ist, die in die Gewindebohrung der Platte (28) eingeschraubt ist.

An einer zweiten Stelle auf dem Dach (32) ist ein senkrechter Stützer (38) befestigt, der eine Basisplatte (40) enthält, die mit dem Dach (32) verbunden ist. Von der Basisplatte (40) ragt ein erstes Stützerteil (42) nach oben, an dem höhenverstellbar ein zweites Stützerteil (44) befestigt ist. Das zweite Stützerteil (44) enthält nahe an seinem, der Basisplatte (40) abgewandten Ende eine Bohrung, in die eine Schraube (46) eingesetzt ist, die in die Gewindebohrung der Platte (30) eingeschraubt ist. Die Basisplatte (40) und die Stützerteile (42), (44) bestehen aus Metall. Zwischen dem Gehäuse (18) und dem Dach (22) werden durch die Platten (28), (30), dem Befestigungswinkel (34) und der Stütze (38) elektrisch leitende Verbindungen hergestellt. Weitere elektrisch leitende Verbindungen bestehen zwischen dem Schaltglied (14) und der metallischen Führung (20) sowie zwischen der Führung (20) und dem Gehäuse (18).

Das Gehäuse (18) weist eine Reihe von Löchern (48) in seinem länglichen Bereich auf. Auf dem Gehäuse (18) befindet sich in der Zone mit den Löchern (18) eine Ummantelung (50), die die Löcher (48) abdeckt.

Auf dem Dach (32) des Fahrzeuges (12) ist eine elektrische Dachleitung (52) angebracht, die zwischen dem nicht dargestellten Stromabnehmer und einer nicht dargestellten Durchführung im Dach (32) verläuft. An der Dachleitung (52) ist ein Kontakt (54) befestigt, auf den das Schaltglied (14) ausgerichtet ist.

Das Schaltglied (14) hat zwei Endlagen. Einer Endlage entspricht die Öffnungsstellung, in der das Schaltglied (14) innerhalb des Gehäuses (18) liegt und unter dem Einfluß der Kraft der Gasdruckfeder (26) steht. In der Öffnungsstellung liegt der Rand des Kontaktstücks (16) an der Führung (20) an. Das Schaltglied (14) wird in Öffnungsstellung durch eine Sperre gehalten, die durch ein Überwachungsglied (56) unter bestimmten Voraussetzungen gelöst werden kann.

In Öffnungsstellung des Schaltglieds (14) liegt am Kontaktstück (16) ein Deckel (58) an, dessen Rand (60) das Ende (22) des Gehäuses (18) umgreift. In einer Ausnehmung des Rands (60) ist eine nicht näher bezeichnete Dichtung eingelegt. Das Innere des Gehäuses (18) ist daher gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser geschützt.

Über dem Deckel (58) ist das Überwachungsglied (56) in Form eines Sicherungsdrahts gespannt, der an seinen beiden Enden jeweils in einer Anschlußplatte (62) bzw. (64) festgeklemmt ist. Die Anschlußplatte (62) ist unter Zwischenschaltung einer Isolierplatte (66) auf der Außenseite des Gehäuses (18) in einem gewissen Abstand vom Ende (22) befestigt. Die Anschlußplatte (64) ist unmittelbar mit dem Gehäuse (18) in einem Abstand vom Ende (22) verbunden und liegt auf der der Anschlußplatte (62) entgegengesetzten Seite des Gehäuses (18).

Die Anschlußplatte (62), die eine Schraube (68) für den Anschluß einer nicht dargestellten Leitung aufweist, ist mit einer Stelle des Stromkreises für die Energieversorgung des Fahrzeugs verbunden. Von dieser Stelle fließt z. B. bei ungestörter Arbeitsweise kein oder ein geringer Strom nach Masse. Im Störungsfall steigt dieser Strom auf Werte an, die zu Beschädigungen im Fahrzeug (12) führen können, jedoch nicht ausreichen, um im Unterwerk, das über die Fahrleitung das Fahrzeug speist, den Hauptschalter zum Ansprechen zu bringen. Das Überwachungsglied (56) ist so bemessen, daß es ab einem vorgebbaren Stromwert die Sperre des Schaltglieds (14) löst. Dies geschieht dadurch, daß der Sicherungsdraht durchschmilzt. Nach dem Durchschmelzen des Sicherungsdrahts bewegt die Kraft der Gasdruckfeder das Schaltglied (14) aus dem Gehäuse (18) heraus, wobei der Deckel (58) von der Öffnung des Gehäuses (18) abgeworfen wird.

Das Schaltglied (14) wird unter dem Einfluß der Kraft bis zum Kontakt (54) an der Dachleitung (52) verschoben. Die Gasdruckfeder (26) drückt das Kontaktstück (16) gegen den Kontakt (54), der auf dem Potential des Stromabnehmers liegt. Durch die leitende Verbindung zwischen dem Kontaktstück (16) und dem Kontakt (54) wird eine Kurzschlußverbindung vom Kontakt (54) über das Schaltglied (14), die Führung (20), das Gehäuse (18), den Stützer (38) und den Befestigungswinkel (34) zum Dach (32) hergestellt, das Massepotential aufweist. Es entsteht daher ein Kurzschluß mit einem entsprechend hohen Kurzschlußstrom, der von einer Schutzeinrichtung im Unterwerk erfaßt wird. Diese Schutzeinrichtung löst einen Leistungsschalter im Unterwerk aus, so daß der Streckenabschnitt vom Unterwerk zum Fahrzeug spannungslos geschaltet wird. Anschließend wird z. B. der Stromabnehmer des gestörten Fahrzeugs von der Fahrleitung getrennt. Das Fahrzeug ist dann auch nach der Wiedereinschaltung des Leistungsschalters im Unterwerk spannungslos und kann von einem anderen Triebfahrzeug abgeschleppt werden.

Über die Gasdruckfeder (26) fließt kein Kurzschlußstrom. Daher treten an der Gasdruckfeder (26) auch keine Beschädigungen im Kurzschlußfalle auf. Die Gasdruckfeder kann nach Beseitigung der Störung wieder eingesetzt werden.

Es ist möglich, den Deckel (58) z. B. mittels eines flexiblen Bands unverlierbar am Gehäuse (18) zu befestigen, so daß der Deckel (58) nach dem Abwurf wieder verfügbar ist. Weiterhin kann eine federnde Kontaktverbindung zwischen dem Gehäuse (18) und dem Schaltglied (14) durch nicht dargestellte Kontakte erzeugt werden, um die Führung (20) vom Kurzschlußstrom zu entlasten. Bei Verwendung einer Gasdruckfeder, die eine als Schaltglied (14) benutzte, an zwei Stellen im Gehäuse geführte Stange enthält, kann die Führung (20) als Federkontaktelement ausgebildet sein. Die doppelte Führung der Stange kann durch einen mit dieser verbundenen Kolben und ein Lager erfolgen.

Claims (11)

1. Fahrzeug mit einem an eine Fahrleitung anlegbaren Stromabnehmer, über den Energie führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an Massepotential des Fahrzeugs gelegtes mit einem Antriebselement verbundenes Schaltglied (14) vorgesehen ist, das mittels eines Überwachungsglieds (56) bei Überschreitung eines vorbestimmten Stroms in einem Fahrzeugstromkreis aus einer Öffnungs- in eine Schließstellung bewegbar ist, in der das Schaltglied (14) an einem mit der Fahrleitung leitend verbundenen Kontakt (54) anliegt.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (14) ein mit einem gegebenenfalls verbreiterten Kontaktende versehenes, linear beweglich gelagertes, metallisches Stabelement wie Stange ist, das an seinem anderen Ende mit dem Antriebselement verbunden und vorzugsweise über eine Führung (20) an das Massepotential gelegt ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Gasdruckfeder (26) ist, die in der Öffnungsstellung eine Kraft auf das Schaltglied (14) ausübt, das in seiner Öffnungsstellung durch eine vom Überwachungsglied (56) freigebbare Sperre gehalten wird.

4. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Feder ist, die in der Öffnungsstellung des Schaltglieds (14) gespannt ist und in gespannter Stellung durch eine vom Überwachungsglied freigebbare Sperre gehalten wird.

5. Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement in einem länglichen, an einer Stirnseite mit einer Öffnung versehenen Gehäuse (18) angeordnet ist, das aus Metall besteht und nahe an seiner Öffnung die Führung (20) für das Schaltglied (14) aufweist, das in seiner Öffnungsstellung innerhalb des Gehäuses (18) liegt und mit dem verbreiterten Kontaktende unter Krafteinwirkung gegen einen Deckel (58) auf der Öffnung angedrückt ist, und daß der Deckel (58) durch einen das Überwachungsglied (56) bildenden Sicherungsdraht in seiner Schließstellung fixiert ist.

6. Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdruckfeder (26) im Abstand von der länglichen Innenwand des Gehäuses (18) angeordnet ist und nahe an einem Ende über das Schaltglied (14) und die Führung (20) sowie am anderen Ende über einen elektrisch isolierenden, topfförmigen Einsatz (27) mit dem Gehäuse (18) verbunden ist.

7. Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) an seiner geschlossenen Stirnseite eine axial verlaufende Platte (28) für die Verbindung mit einem Befestigungswinkel (34) am Dach des Fahrzeugs (12) und in der Nähe der Öffnung eine radial verlaufende Platte (30) für die Befestigung an einem höhenverstellbaren Stützer (38) auf dem Dach des Fahrzeugs (12) aufweist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Sprengkapsel ist, die beim Überschreiten des Stroms vom Überwachungsglied gezündet wird.

9. Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsdraht in zwei nahe an der Öffnung des Gehäuses (18) angebrachten Anschlußplatten (62,64) eingespannt ist, von denen eine gegen das Gehäuse (18) isoliert und die andere leitend mit dem Gehäuse (18) verbunden ist.

10. Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsglied ein die Aufnahme (18) des Schachtglieds (14) in seiner Öffnungsstellung verschließendes Deckelelement aus niedrigschmelzendem Material wie Kunststoff ist, das eine strombeaufschlagbare Heizspirale zum Aufschmelzen des Deckelelementes aufweist.

11. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelelement vorzugsweise an seinem inneren Umfang eine Nut aufweist, in der die Heizspirale verläuft.