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Stromabnehmer für Fahrzeuge Man verwendet häufig zur Zuführung des
Stromes von einem Leitungsdraht zu einem elektrischen Fahrzeug Stromabnehmerstangen,
die an ihren Enden statt einer Stromabnehmerrolle einen Kontaktschlitten tragen,
der annähernd die Form eines Sattels oder einer Rinne aufweist; die sich nach oben
erweitert, und in welche der Stromleitungsdraht eingreift. Dieser Kontaktschlitten
dient so als Haltestück für den Fahrdraht und zur Herstellung des Kontaktes, mit
dessen Hilfe der durch den Fahrdraht fließende Strom bis zum Motor des Fahrzeugs
geleitet wird.
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Damit der ein Haltestück bildende Kontaktschlitten immer in richtigem
Eingriff mit dem Fahrdraht bleiben kann, ist es notwendig, daß die Richtung dieses
Haltestücks in bezug auf die Stromabnehmerstange sich derart ändern kann, daß der
Fahrdraht immer gut in diesem Haltestück ruht: Zu diesem Zweck, hat man bereits
verschiedene Systeme benutzt, bei denen der Kontaktschlitten, der eine sich nach
oben erweiternde Rille zum Halten des Fahrdrahtes enthält, mit Hilfe von Achsen
oder Kugelgelenken gelenkig gelagert ist. Bei diesen bekannten Anordnungen konnte
der Kontaktschlitten insbesondere um eine annähernd parallel zum Fahrdraht verlaufende
Achse schwenken, wobei sich aber diese Schwenkachse unter dem Kontaktschlitten oder
in seiner Rille befand.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf- einen Stromabnehmerkopf
mit einem Kontaktschlitten der um drei aufeinander
senkrecht stehende
Achsen schwingen kann, von denen die eine annähernd senkrecht steht, während von
den beiden anderen die eine annähernd parallel und oberhalb und die andere annähernd
senkrecht zum Fahrdraht verlaufen.
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Diese allgemeine Anordnung ist an sich bekannt, bietet aber den Nachteil,
daß der Fahrdraht verhältnismäßig leicht aus der Rille des Kontaktschlittens herausspringen
kann.
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Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, bei einer solchen um drei
senkrecht zueinander stehende Achsen beweglichen Lagerung des Kontaktschlittens
diesen Mangel dadurch zu beheben, daß die zum Fahrdraht parallele Achse, um die
das Haltestück konzentrisch schwingt, um ein Mehrfaches, mindestens aber das Dreifache
der Rillenhöhe oberhalb des Fahrdrahtes liegt. -Diese Anordnung bietet den Vorteil,
daß die Gefahr eines Herausspringens des Fahrdrahtes aus dem Kontaktschlitten erheblich
vermindert wird, wie nachstehend an Hand der schematischen Darstellung der Fig.
i gezeigt werden soll. Auf dieser Figur sieht man bei i im Schnitt den Kontaktschlitten,
den die Federn .der nicht dargestellten Stromabnehmerstange mit einer Kraft F anzuheben
suchen, damit der Fahrdraht :2 auf dem Boden der Rille 3 des Kontaktschlittens ruht.
Wenn aber infolge der Fliehkrafteinwirkung bei einer Kehrbewegung oder infolge einer
Schwingung des Fahrdrahtes sich dieser gegen die seitlich geneigte Wandung 4 des
Kontaktschlittens legt, so sucht der Draht in der Rille 3 auf dieser Wandung hochzusteigen,
oder der Kontaktschlitten sucht sich zu senken, was dasselbe ist. Unter diesen Bedingungen
übt der Fahrdraht auf den Kontaktschlitten eine Kraft F' aus, die sich in eine waagerechte
Komponente f und eine lotrechte Komponente f' zerlegen läßt. Letztere ist .dabei
um so größer, je stärker die Neigung der Wandung 4 zur .Senkrechten ist.
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Wenn der Kontaktschlitten sich nicht um eine parallel zum Fahrdraht,
d. h. senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse drehen kann, so wird der Kontaktschlitten
i sich senken, oder der Fahrdraht 2 wird sich heben, und ein Herausspringen des
Fahrdrahtes aus der Rille erfolgen, sobald die Kraft f' einen Wert erreicht, der
die Größe der Kraft F genügend überschreitet.
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Bei gewissen bekannten Anordnungen, bei denen sich der Kontaktschlitten
um eine in der Rille selbst liegende, zum Fahrdraht parallele Achse O" drehen kann,
wird dabei die Kraft f eine Verschwenkung des Kontaktschlittens um diese Achse im
Uhrzeigersinn hervorzurufen suchen. Ihr Drehmoment wird dabei aber zu klein sein,
um die unvermeidlich auftretenden Reibungswiderstände überwinden zu können. Es wird
daher derselbe Vorgang eintreten, wie er vorstehend beschrieben worden ist. Wenn
der Kontaktschlitten, wie ebenfalls bereits bekannt, sich um eine unter dem Kontaktschlitten
liegende Achse 0' drehen kann, dann wird die Kraft f den Kontaktschlitten im umgekehrten
Uhrzeigersinn verschwenken, um ihn in die gestrichelt dargestellte Lage zu bringen,
in der die schräge Wandung 4 die Lage 4 einnimmt. Da in dieser Stellung die Neigung
der Wandung 4 zur Senkrechten größer geworden ist, wird auch die Gefahr eines Herausspringens
des Fahrdrahtes größer werden. Man sieht also, daß die schwenkbare Lagerung um eine
unterhalb des Kontaktschlittens liegende Achse 0' nachteilig ist.
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Erfindungsgemäß kann der Kontaktschlitten sich um eine zum Fahrdraht
parallele Achse 0 drehen, die über dem Boden 3 der Rille in einer Höhe H liegt,
welche gleich einem Mehrfachen, mindestens aber gleich dem Dreifachen der Rillenhöhe
la ist. Unter diesen Bedingungen ist das Drehmoment der Kraft f genügend groß, um
den Kontaktschlitten i iin Uhrzeigersinn zu verschwenken und beispielsweise in die
fein gestrichelt dargestellte Lage zu bringen, in welcher die schräge Wandung 4
die lotrechte Lage 41 einnimmt, in der die Kraft f' gleich Null ist. Die Verschwenkung
kann selbst noch weiter gehen und der Kontaktschlitten in die strichpunktiert dargestellte
Lage kommen, in der die Wandung 4, in umgekehrtem Sinn wie ursprünglich zur Senkrechten
geneigt ist, so daß die Kraft f' hierbei nach oben gerichtet ist und mit der Kraft
F zusammenwirkt, um den Fahrdraht 2 wieder auf den Boden des Kontaktschlittens zurückzuführen.
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Hieraus wird ohne weiteres der erhebliche Vorteil der erfindungsgemäßen
Anordnung ersichtlich, welche ein Herausspringen des Fahrdrahtes praktisch unmöglich
macht; denn die Kraft, die ein solches Herausspringen zu bewirken sucht, verlagert
den Kontaktschlitten in der Weise, daß die Neigung zum Herausspringen des Fahrdrahtes
vermindert wird, wenn jene Kraft zunimmt. Die Kraftkomponente, welche den Fahrdraht
aus der Rille des Kontaktschlittens herauszuführen sucht, kann dabei sogar ihr Vorzeichen
ändern und im Gegenteil sogar den Fahrdraht auf den Boden der Rille des Kontaktschlittens
zurückzuführen suchen.
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Mit Hilfe einer weiter unten beschriebenen Sicherheitseinrichtung
kann außerdem gegebenenfalls ein. Entgleisen für den Fall ermöglicht werden, daß
die seitliche Kraft F' einen Wert erreichen würde, der entweder für
den
Stromabnehmerstängenkopf oder für den Fahrdraht gefährlich wäre.
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Nachstehend sollen an Hand der Zeichnung lediglich beispielsweise
einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.
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Fig. i ist, wie bereits oben erwähnt, eine schematische Darstellung,
die zum Verständnis des Erfindungsprinzips dienen soll; Fig. a und 3 zeigen Schnitte
durch zwei zueinander senkrechte Ebenen; Fig.4 und 5 zeigen ebenfalls Schnitte durch
zwei zueinander senkrechte Ebenen einer abweichenden Ausführungsform; Fig. 6 ist
ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform; Fig. 7 und 8 zeigen Querschnitte
durch die Ebenen A-A' und B-B' der Fig. 6; Fig. g und io zeigen .eine Vorrichtung,
die es dem Fahrdraht gestattet, aus dem Kontaktschlitten herauszuspringen, wenn
die Spannung eine gewisse Grenze überschreitet; Fvg. r i 1111d 12 zeigen, wie die
Schwingungen der Stromabnehmerstange und des Fahrdrahtes entstehen und gedämpft
werden.
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Fig.2 zeigt im Querschnitt den Kontaktschlitten und das ihn stützende
Gestell, während man auf Fig.3 im Längsschnitt dieselben Teile sowie das Ende der
Stromabnehmerstange sieht.
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Am Ende der Stromabnehmerstange 5 ist eine Spindel 6 aufgesetzt, die
annähernd lotrecht steht, wenn die Einrichtung sich in Betriebsstellung befindet,
und auf welcher das Gestell oder die Wiege 7 schwenkbar in der Weise angeordnet
ist, daß sie sich zuerst um die annähernd lotrechte Achse X-X' der Spindel 6 und
sodann um die annähernd; waagerechte Achse Y-Y' drehen kann.
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Die zur Unterstützung des Kontaktschlittens dienende Wiege 7 weist
einen Teil 8 auf, der in Form eines Zylinders abgerundet ist, dessen Achse die Achse
0 ist, welche der auf Fig. i gezeigten Achse entspricht; diese Achse steht zur Achse
Y-' senkrecht. Auf diesem abgerundeten Teil kann der Kontaktschlitten gleiten, so
daß dieser Schlitten um die Achse 0 schwenken kann. Der Kontaktschlitten kann sich
also um drei Achsen X-X', Y-Y' und 0 drehen, die zueinander senkrecht stehen.
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Um zu verhindern, daß der Kontaktschlitten auf der Unterstützungswiege
gleitet, trägt ersterer abgeschrägte Teile 9, g', welche in entsprechend. geformte
Teile der Wiege eingreifen. Eine Gruppe von Anschlägen erlaubt schließlich, die
Schwingung des Kontaktschlittens auf seiner Unterstützungswiege zu begrenzen; beispielsweise
kann die Wiege 7 einen Ansatz 12 enthalten, der in eine Nut 13 von begrenzter Länge
eingreift, die in dem Kontaktschlitten vorgesehen ist. Der Drehungswinkel der Unterstützungswiege
um die Achse Y- Y' kann ebenfalls durch eine Gruppe von in Fig. 2 und 3 nicht
dargestellten Anschlägen begrenzt werden.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine abweichende Ausführung der vorhergehenden
Vorrichtung; der Kontaktschlitten ist dabei am Boden in seiner Mitte derart ausgenomMen,
daß der Fahrdraht 2 normalerweise auf der Unterstützungswiege ruht= wie man auf
Fig. 4 sieht; die seitlichen Wandungen des Kontaktschlittens i bleiben dabei stehen
und verhindern das Entgleisen oder Herausspringen des Fahrdrahtes.
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Um die Amplitude der Schwingungen des Kontaktschlittens um die Achse
0 zu begrenzen, trägt dieser Schlitten i Stifte oder Daumen 14, die mit Anschlägen
15 der Unterstützungswiege 7 in Berührung kommen können. Die Wiege 7 kann in beliebiger
Weise auf die Tragspindel 6 aufgesetzt werden; dies kann beispielsweise mittels
eines Gabelgelenkes erfolgen, wie in Fig.2 und 3 gezeigt, oder mittels eines zylindrischen
Gelenkes, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt.
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Die Fig.6 bis 8 zeigen eine andere Ausführungsform, bei welcher der
Kontaktschlitten auf der Unterstützungswiege mittels mehrerer zylindrischer Tragflächen
mit der gleichen Achse 0 ruht.
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Fig.6 zeigt einen halben Längsschnitt durch die Vorrichtung.
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Fig. 7 zeigt dieselbe Vorrichtung im Schnitt durch die Mittelebene
A-A', während Fig. 8 einen Schnitt durch die Ebene B-B' zeigt.
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Die Wiege 7 ruht auf der Spindel 6 mittels eines zylindrischen Gelenkes
16, das sich auf den entsprechenden abgerundeten Teil am Ende der Spindel 6 legt.
Die Wiege kann auf diese Weise um eine parallel zur Achse Y-Y' verlaufende Achse
schwingen. Die Spindel 6 kann sich ihrerseits um ihre eigene senkrechte Achse drehen.
Man könnte im übrigen auch die Spindel 6 ortsfest lassen, indem man das zylindrische
Gelenk durch ein Kugelgelenk ersetzt. Ein Kontaktstück 17, das zur Stromabnahme
dient und unter dem Druck einer Feder 18 steht, kann sich im Innern der Spindel
6 gleitend verschieben und den Strom von der Wiege 7 abnehmen.
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Auf der Wiege ist eine erste zylindrische Fläche 8 mit der Achse 0
gezeigt, auf welche sich eine Fläche von gleicher Form legt, die am unteren Teil
des Kontaktschlittens vorgesehen ist. Auf der Wiege sind ferner zwei weitere Zylinderflächen
mit derselben Achse 0 bei ig vorgesehen, die symmetrisch in bezug auf die Mittelebene
A-A' angeordnet sind. Diese Fläche ig hat einen größeren Radius als die Fläche 8,
und ein entsprechender Teil des Kontaktschlittens ruht auf ihr, wie man in Fig.
6 und 8 sieht.
Um zu verhindern, daß der Kontaktschlitten in bezug
auf seine Unterstützungswiege eine andere Bewegung ausführt als eine Drehung um
die Achse 0, ist in dem Teil der Wiege 7, der die Fläche 19 enthält, eine Nut oder
Rille 2 1 vorgesehen, durch welche frei eine Schraube 22 geführt ist, die in den
Kontaktschlitten i eingreift. Zwischen dem Kopf dieser Schraube und der unteren
Fläche 23 der Wiege, -die ebenfalls in Form einer Zylinderfläche mit der Achse 0
ausgebildet ist, ist eine Kufe 24 angeordnet, die teilweise in die Nut 2 i eingreift.
Wie man sieht, kann der Kontaktschlitten i sich auf diese Weise in bezug auf seine
Unterstützungswiege 7 nur unter Drehung um die Achse 0 verschieben.
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Wenn die Lage des Fahrzeugs sehr stark außermittig in bezug auf den
Fahrdraht versetzt ist, und wenn sich das Fahrzeug mehr und mehr von letzterem entfernt,
so kann die Wandung des dabei eine Kipplage einnehmenden Kontaktschlittens die lotrechte
Lage erreichen und sogar nötigenfalls diese Stellung überschreiten, so daß der Stromleitungsdraht
zurückgehalten und ein Herausspringen desselben aus dem Kontaktschlitten unbedingt
verhindert wird. Dies könnte zur Folge haben, daß der Fahrdraht reißt oder daß er
aus seinen Befestigungen oder Halteorganen ausgerissen wird.
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Mittels der in Fig.9 und io dargestellten abweichenden Ausführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dieser Nachteil vermieden werden.
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Die Wiege 7 oder Unterstützung des Kontaktschlittens i kann sich wie
früher um die Achsen X-X' und Y-Y' drehen, aber sie kann sich außerdem auch noch
um eine Achse 0' drehen, die parallel zur Achse O verläuft und tiefer als der Angriffspunkt
der Kraft liegt. Das kann praktisch beispielsweise in der in Fig.9 gezeigten Art
ausgeführt werden, indem man die Wiege 7 auf der Spindel 6 mittels eines Kugelgelenks
25 oder eines geeigneten Kardansystems hält. Der Drehung der Wiege um die Achse
0' wirken im übrigen flache Federn oder Blattfedern 26, 26' entgegen, die an der
Wiege befestigt sind und sich außerdem gegen feste Teile 27, 28 des Stromabnehmerkopfes
legen. Aus Fig.9 ist leicht zu erkennen, in welcher Weise diese Vorrichtung arbeitet.
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Wenn der Draht 2 eine seitliche Kraft auf den Kontaktschlitten i ausübt,
so beginnt dieser sich um die Achse 0 zu drehen, bis er am Ende der Schwenkbewegung
die voll ausgezogen dargestellte Lage erreicht. Wenn nun die von dem Fahrdraht ausgeübte
seitliche Beanspruchung weiter zunimmt, so überwiegt deren Wirkung schließlich diejenige
der Federn 26, 26', welche die Wiege in ihrer Lage zu halten suchen; infolgedessen
wird sich diese Wiege ebenso wie der Kontaktschlitten neigen und dabei um die Achse
0' drehen, um die strichpunktierte Lage einzunehmen, in welcher die Lage der seitlichen
Wandungen 4' des Kontaktschlittens ein Herausspringen des Fahrdrahtes zuläßt.
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Die Gegenkraft der Federn wird derart gewählt, daß dieses Herausspringen
oder Entgleisen des Fahrdrahtes bei einer seitlichen Zugwirkung auf den Draht erfolgt,
die kleiner als diejenige Zugkraft ist, welche diesen Draht zerreißen oder aus seinen
Halteorganen ausreißen könnte, dabei jedoch größer bleibt als diejenigen Kräfte,
die durch die Fliehkraftwirkungen dargestellt werden, welche auf die Stromabnehmerstangen
in den Kurven ausgeübt werden.
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Es ist klar, daß man auch andere Federsysteme anwenden könnte als
diejenigen, welche beispielshalber in Fig. 9 und io gezeigt sind.
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Nötigenfalls könnte man auch zwei Federblätter vorsehen, die senkrecht
zu den obengenannten Federblättern 26, 26' angeordnet werden, um ein Verschwenken
des Kontaktschlittens in allen Richtungen zu ermöglichen. Diese Federblätter würden
dabei an die Stelle der Anschläge 27 und 28 (Fig. io) treten.
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Man könnte auch die Achse X-X' auf der Kopfstütze mit Hilfe von zwischengelegten
Federn oder Bellevillefedern (tellerförmigen Federn) befestigen; diese würden die
Neigung des Kontaktschlittens um diese Achse von einer bestimmten auf sie ausgeübten
Kraft an gestatten.
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Es ist oben dargelegt worden, daß die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß der Fahrdraht aus dem Kontaktschlitten
herausspringt, indem man die Lage der seitlichen Wandung dieses Schlittens der lotrechten
Stellung nähert oder sogar, falls notwendig, über diese hinausführt, wenn der Draht
eine waagerechte seitliche Beanspruchung auf jenen Kontaktschlitten ausübt. Die
erfindungsgemäße Anordnung bietet außerdem den Vorteil, daß die Schwingungen des
Stromabnehmerdrahtes verhindert werden, wie nachstehend gezeigt werden soll.
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Verschiedene Beobachtungen, die an Oberleitungen elektrischer Fahrzeuge
mit Stromabnahme durch Stromabnehmerstangen gemacht worden sind, haben gezeigt,
daß diese Stromabnehmerstangen seitlich in Schwingung versetzt werden, und daß diese
Schwingungen dem Fahrdraht mitgeteilt werden, der dabei eine Schaukelbewegung ausführt.
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Die Erscheinung tritt besonders zwischen den Aufhängepunkten unter
Auslegermasten auf. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirken die relativen
Verschiebungen der
Stromabnehmerstange und des Fahrdrahtes, die
als Folge der Schwingungen auftreten, daß der Kontaktschlitten i um die Achse 0
schwingt. Wenn die Bewegung des Kontaktschlittens durch die Reibung gebremst wird,
die zwischen ihm und seiner Unterstützungswiege 7 auftritt, so wirkt diese Bremsung
den Schwingungen entgegen und sucht sie zu dämpfen.
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Außerdem hat die Verschiebung des Kontaktschlittens in bezug auf sein-.
Unterstützungswiege zur Folge, daß der Stromabnehmerstange eine lotrechte Bewegung
mitgeteilt wird, wie man leicht an Hand der Fig. i i erkennen kann.
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Man sieht in dieser Figur, daß der Fahrdraht 2 auf dem Boden des Kontaktschlittens
i ruht, wobei der Mittelpunkt des Drahtes bei p liegt, wenn keine seitliche Kraft
auf den Kontaktschlitten ausgeübt wird. Durch eine seitliche Kraft wird der Kontaktschlitten
i um die Achse 0 verschwenkt, um in die strichpunktiert gezeigte Lage zu gelangen;
der Mittelpunkt des Fahrdrahtes 2 kommt dabei in die Stellung p', die in bezug auf
die Unterstützungswiege 7 um die Strecke h höher als die ursprüngliche Lage p ist.
Da aber der Fahrdraht durch seine mechanische Spannung festgehalten wird, hat die
seitliche Bewegung des soeben betrachteten Drahtes zur Folge, daß dieser Draht nicht
gehoben wird, sondern daß vielmehr die Unterstützungswiege und dementsprechend die
Stromabnehmerstange gesenkt wird. Die seitlichen Schwingungen des Fahrdrahtes oder
die seitlichen Schwingungen der Stromabnehmerstange rufen also lotrechte Schwingungen
dieser Stange hervor. Es wird also drei verschiedene Arten von Schwingungen geben:
a) die waagerechte Schwingung des Fahrdrahtes; b) die seitliche Schwingung der Stromabnehmerstange
; c) die lotrechte Schwingung der Stromabnehmerstange.
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Diese drei Schwingungen werden gegeneinander wirken und infolgedessen
gegenseitig verhindern, daß diese Schwingungen gefährliche Amplituden erreichen;
damit dies nicht der Fall wäre, müßten die Eigenschwingungsperioden der verschiedenen
Schwingungen entweder dieselben oder in bezug aufeinander harmonisch sein, wie dies
beispielsweise auf Fig. 12 dargestellt ist, auf welcher die voll ausgezogen gezeichnete
Kurve die Schwingungen des Fahrdrahtes, die gestrichelte Kurve die lotrechten Schwingungen
der Stromabnehmerstange und die strichpunktierte Kurve die seitlichen Schwingungen
der Stromabnehmerstange darstellt. Dieser Fall ist aber zu unwahrscheinlich, als
daß man ihm praktisch Rechnung tragen müßte.