DE69315316T2

DE69315316T2 - Geräuscharmer Stromabnehmersatz hoher Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE69315316T2
Application number: DE69315316T
Authority: DE
Inventors: Morishige Hattori; Akiyoshi Iida; Chisachi Katoo; Kenji Kobayashi; Toshiaki Makino; Masabumi Oshima; Michio Sebata; Hideo Takai; Yasushi Takano; Katsuyuki Terada; Toshi Yasui
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: EP0605214A2; US5584369A; EP0605214A3; US5566800A; US5531301A; TW247302B; CN1090538A; EP0605214B1; DE69315316D1; KR940013984A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromabnehmereinrichtung für ein Schienenfahrzeug und insbesondere eine Stromabnehmereinrichtung, die für ein Hochgeschwindigkeits- Schienenfahrzeug geeignet ist.
Bei einer hohen Geschwindigkeit eines Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugs auftretende aerodynamische Geräusche erhöhen sich schnell bei sich erhöhender Geschwindigkeit des Fahrzeugs, da das Geräusch in etwa proportional zur achten Potenz der Geschwindigkeit ansteigt. Andererseits wird angenommen, daß in der Zukunft dem Umweltschutz mehr Beachtung geschenkt wird. Es ist daher erforderlich, für ein bei hoher Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug (beispielsweise über 270 km/h) eine wenig Geräusche verursachende Stromabnehmereinrichtung zu entwickeln.
Eine wenig Geräusche verursachende Stromabnehmereinrichtung wird in einem Artikel mit dem Titel "Beschleunigen des SHINKANSEN" (Nikkei mechanical, veröffentlicht am 4. Mai 1992, S. 22 bis 40) vorgeschlagen. Das folgende wird in diesem Bericht (insbesondere auf Seite 27) beschrieben.
Es ist zum Verringern von Geräuschen wünschenswert, daß ein Teil mit einem Schleifstück als Stromabnehmerteil stromlinienförmig ist. Unter Berücksichtigung der Kombination des stromlinienförmigen Teils und der das Teil tragenden Strebe ist zu bemerken, daß eine Auftriebskraft auftritt. Der Auftrieb bewirkt, daß das Schleifstück von einer Oberleitung abgelöst wird oder die Oberleitung unter Ausübung einer übermäßigen Kraft berührt, wodurch die Oberleitung leicht getrennt wird. Falls zwei von der Fahrtrichtung des Fahrzeugs abhängige Arten von Stromabnehmereinrichtungen vorgesehen sind, wird das Umschalten von der einen Art zur anderen an einer Wendestation vorgenommen. Die Stromabnehmereinrichtung ist T-förmig, und sie ist mit großen Teilen versehen, um die erzeugte Frequenz zu verringern.
Unter weiterer Berücksichtigung dieser oben beschriebenen Tatsachen ist in FIG. 5 in der Veröffentlichung eine Darstellung einer T-förmigen Stromabnehmereinrichtung gegeben. Diese Stromabnehmereinrichtung enthält ein Teil, das ein Schleifstück mit einer Feinbewegungsfeder stützt, einen Zylinder zum Anheben und Absenken des Teils durch eine Rückstellfeder und einen den Zylinder stützenden Isolator.
Andererseits enthält die herkömmliche Stromabnehmereinrichtung vom Scherenstromabnehmertyp einen Scherenstromabnehmer mit einem Schleifstück, einem pneumatischen Zylinder zum Anheben und Absenken des Scherenstromabnehmers, vier Isolatoren zum Stützen und Isolieren eines den Scherenstromabnehmer und den pneumatischen Zylinder tragenden Sockels sowie ein auf dem Dach des Fahrzeugs eingerichtetes Leiterkabel. Die Druckluftzufuhr zum pneumatischen Zylinder erfolgt über ein durch den Isolator laufendes Rohr.
Weitere Konstruktionen von Stromabnehmereinrichtungen für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge zur Rauschverringerung sind auch in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen 5 049 103 (1993) und 5 049 104 (1993) beschrieben.
Die Stromabnehmereinrichtungen für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge, die in der obenerwähnten Veröffentlichung vorgeschlagene T-förmige Stromabnehmereinrichtung und die in den obenerwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldungen vorgeschlagenen Stromabnehmereinrichtungen für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge dienen dazu, daß mit Hochgeschwindigkeitsfahrten verbundene Problem zu lösen. Da jedoch angestrebt wird, die Funktionen des Scherenstromabnehmers, der (1) die Oberleitung berührt und (2) Strom leitet, um abgenommene elektrische Leistung zum Fahrzeug zu leiten, wie beim herkömmlichen Scherenstromabnehmer mit nur einem Aufbau zu erreichen, ist es schwierig, die hohen Anforderungen hinsichtlich des Verfolgens der Oberleitung und des Verringerns des durch die Fahrzeuggeschwindigkeit verursachten Geräusches zu erfüllen.
Beispielsweise hat die T-förmige Stromabnehmereinrichtung Nachteile hinsichtlich des folgenden Problems. Erstens ist der Zylinder zum Anheben und Absenken näher am Schleifstück angeordnet als der Stützisolator. Daher muß für den Zylinder zum Anheben und Absenken ein pneumatischer Zylinder verwendet werden. Wenngleich es hinsichtlich der Steuerreaktion wünschenswert ist, für ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug einen Ölhydraulikzylinder zu verwenden, kann dieser nicht in der Einrichtung verwendet werden.
Weiterhin weist der Zylinder zum Anheben und Absenken ein Steuersystem auf; um den Anpreßdruck gegenüber der Oberleitung konstant zu halten, und es ist dabei erforderlich, eine Einrichtung zur Erfassung des Anpreßdrucks, wie ein Druckkraftgeber, zur Steuereingabe zu verwenden. Die Stelle zum Einstellen der Anpreßdruck-Erfassungseinrichtung befindet sich näher am Schleifstück als der Zylinder zum Anheben und Absenken. Da sich diese Stelle in einem Hochspannungsbereich befindet, ist eine Isolation erforderlich.
Wenngleich die Stromabnehmereinrichtung zum Abnehmen von Strom vorgesehen ist, ist ihr Stromleitungssystem überhaupt nicht offenbart.
Der Zylinder wird verwendet, um die Stromabnehmereinrichtung beim Umschalten an einer Wendestation anzuheben und abzusenken. Da die nicht zu verwendende Stromabnehmereinrichtung in dieser Situation vorgeschoben wird, ist der Beitrag zur Geräuschverringerung möglicherweise nicht ausreichend.
Es wird angenommen, daß die in den obenerwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldungen offenbarten Stromabnehmereinrichtungen alle das gleiche Problem aufweisen.
In EP-A-222 128 ist ein Stromabnehmer dargestellt, bei dem der Abnehmerkopf durch eine Hebelbaugruppe mit in den Hebeln befestigten Isolatoren getragen wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für ein Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeug geeignete Stromabnehmereinrichtung zu schaffen, die hinsichtlich des Verfolgens einer Oberleitung ausgezeichnet steuerbar und reaktionsfähig ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für ein Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeug geeignete wenig Geräusche hervorrufende Stromabnehmereinrichtung zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einer Stromabnehmereinrichtung zu schaffen, das während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt den Anpreßdruck gegen die Oberleitung stets richtig regeln kann.
Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 ausgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Teil der Anordnung, der Stromabnehmerfunktionen aufweist, leichtgewichtig und klein sein und es können dadurch die Regeleigenschaften beim Verfolgen der Oberleitung verbessert werden, da der das Stromabnehmerelement und das Antriebssystem aufweisende Teil der Anordnung, der eine Stromabnehmerfunktion aufweist, getrennt von einem Teil der Anordnung eingerichtet ist, der eine Starkstrom-Leitungsfunktion aufweist, wodurch die Starkstrom-Abnehmerfunktion weiterhin ausreichend gehalten werden kann.
Weiterhin kann die Erzeugung von Geräuschen während des Fahrens des Fahrzeugs unterdrückt werden, da ein Aufnahmesystem auf dem Dach des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann, in dem das Antriebssystems stets aufgenommen ist und in dem der Stromabnehmerfunktionen aufweisende Teil der Anordnung zusammen mit dem Stromleitungsfunktionen aufweisenden Teil der Anordnung aufgenommen ist, wenn er nicht verwendet wird.
In der Zeichnung ist folgendes dargestellt:
FIG. 1 ist eine Seitenansicht zur Darstellung der äußeren Erscheinung eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Fahrzeugs aus FIG. 1, wenn sich die Stromabnehmereinrichtung in einem Stromabnahmezustand befindet.
FIG. 3 ist eine Draufsicht einer Stromabnehmereinrichtung und einer Aufnahmekuppel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
FIG. 4 ist eine vertikale Schnittansicht der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 3.
FIG. 5 ist eine Ansicht eines in der Ebene der Linie I-I in FIG. 4 vorgenommenen Schnitts.
FIG. 6 ist eine vertikale Schnittansicht des Hauptteils zur Darstellung der Einzelheiten der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 4.
FIG. 7 ist eine Seitenansicht zur Darstellung des Antriebssystems der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 4.
FIG. 8 ist eine Draufsicht der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 6.
FIG. 9 ist eine Vorderansicht der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 6.
FIG. 10 ist eine Ansicht eines entlang der Ebene der Linie II-II in FIG. 6 vorgenommenen Schnitts durch die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 11 ist eine Ansicht eines entlang der Ebene der Linie III-III aus FIG. 10 vorgenommenen Schnitts durch die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 12 ist eine Ansicht eines entlang der Ebene der Linie IV-IV in FIG. 10 vorgenommenen Schnitts durch die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 13 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Arbeitsweise des Verschlußsystems in einer Aufnahmekuppel.
FIG. 14 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Arbeitsweise eines Verschlußsystems in einer Aufnahmekuppel.
FIG. 15 ist eine vertikale Schnittansicht zur Darstellung des Hauptteils eines Verschlußsystems.
FIG. 16 ist eine vertikale Schnittansicht zur Darstellung des Hauptteils eines weiteren Verschlußsystems.
FIG. 17 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer Aufnahme kuppel.
FIG. 18 ist eine Ansicht zur Erklärung der Arbeitsweise des Aufnehmens einer Stromabnehmereinrichtung in einer Aufnahmekuppel
FIG. 19 ist eine Darstellung zur Erklärung der Arbeitsweise des Aufnehmens einer Stromabnehmereinrichtung in einer Aufnahmekuppel.
FIG. 20 ist eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung des Zustands der Aufnahme einer Stromabnehmereinrichtung in einer Aufnahmekuppel.
In FIG. 21 sind horizontale Schnittansichten des Stützisolators zur Isolation und des Leiterelements zum Leiten sowie Beziehungen zwischen einer Luftströmung und der Konfiguration dargestellt.
FIG. 22 ist eine vertikale Schnittansicht zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen dem Stromabnehmerelement und dem Stützisolator zur Isolation.
FIG. 23 ist ein Schaltungsdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der elektrischen Verdrahtung in einem Zug aus Fahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 24 ist eine vertikale Schnittansicht der Rochspannungs-Kasteneinheit aus FIG. 23.
FIG. 25 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Anordnung des Steuersystems aus FIG. 23.
FIG. 26 ist ein Diagramm zur Darstellung des Ablaufs einer Steueranweisung für die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 27 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Vorgangs einer Anweisung zum Herunterziehen der Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 28 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Vorgangs einer Anweisung zum Anheben der Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 29 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Anordnung eines Ölhydraulik-Antriebssystems für die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 30 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Anordnung eines Systems zum Steuern der nach oben drückenden Kraft für die Stromabnehmereinrichtung.
FIG. 31 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Anordnung eines Stromabnehmer-Antriebssystems.
FIG. 32 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Anordnung eines Aufnahme-Antriebs systems.
FIG. 33 ist eine vertikale Schnittansicht einer Stromabnehmereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
FIG. 34 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Stromabnehmereinrichtung und einer Aufnahmekuppel gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 35 ist eine Ansicht des entlang der Ebene der Linie V-V aus FIG. 34 vorgenommenen Schnitts.
FIG. 36 ist eine Ansicht des entlang der Ebene der Linie VI-VI aus FIG. 34 vorgenommenen Schnitts.
FIG. 37 ist eine Ansicht des Aufnahmezustands der Stromabnehmereinrichtung aus FIG. 34.
FIG. 38 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführüngsform der Stromabnehmereinrichtung.
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand von nicht einschränkenden Beispielen beschrieben.

Ausführungsform 1

Eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend Bezug nehmend auf FIG. 1 bis FIG. 32 detailliert beschrieben.
In FIG. 1 ist die äußere Erscheinung eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die äußere Oberfläche eines Fahrzeughauptteils 2 ist zur Geräuschverminderung glatt ausgebildet, und die Achsaggregate sind auch mit Abdeckungen 2C bedeckt. Die untere Hälfte eines Stromabnehmers 20 ist von einer Aufnahmekuppel 4 umgeben angeordnet. Die Hauptteile eines Stromabnehmersystems, wie eines Stützisolators zur Isolation, eines Kabelendes zur Stromleitung, eines Abnehmerkopfes usw., stehen aus der Mitte der Aufnahmekuppel 4 hervor und stellen einen Kontakt zu einer Oberleitung her, wenn Strom abgenommen wird. Die Außenfläche der Aufnahmekuppel 4 ist stromlinienförmig, um den Luftwiderstand zu verringern. Innerhalb der Aufnahmekuppel befinden sich eine Sockelplatte 3, ein Hochspannungskabel 5, ein Hochspannungs-Anschlußstück 6, ein Zylinder 7 zum Anheben und Absenken des Stromabnehmers 20 sowie eine Stange 8.
Bei einem solchen Fahrzeug ist die Spannung in der Oberleitung im allgemeinen eine 25-kV-Wechselspannung, beträgt der Strom 200 A und beträgt der Zyklus 50 - 60 Hz. Um einen Isolationsabstand und eine Kriechstrecke für eine solch hohe Spannung einzuhalten, müssen ein sehr großer Stromabnehmer 20 sowie ein Isolator mit vielen Faltungen verwendet werden. Ein solcher Isolator erzeugt einen Fahrwiderstand und wird zu einer starken Geräuschquelle, wenn das Fahrzeug sehr schnell fährt. Der Stromabnehmer 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen, wenn er keinen Strom abnimmt.
In FIG. 2 ist ein Zustand dargestellt, in dem sich der Stromabnehmer 20 im Stromabnahmezustand befindet und bis in die Nähe der Mitte der Aufnahmekuppel 4 angehoben ist. Der Zwischenraum zwischen dem Stromabnehmer 20 im Stromabnahmezustand und der Aufnahmekuppel 4 sowie die Öffnung für die Aufnahmeeinrichtung sind durch ein Verschlußsystem 9 vollständig geschlossen.
Die FIGUREN 3 bis 7 sind detaillierte Darstellungen des Stromabnehmers 20 und der Aufnahmekuppel 4 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Da der Stromabnehmer 20 nicht mit einer Faltstruktur betrieben wird, die der herkömmliche Scherenstromabnehmer aufweist, wird er als eine aus einem Abnehmerkopf 22, einem Stützisolator 30 zur Isolation, einer Antriebsstange 31, um ihn nach oben und nach unten zu bewegen, einem Zylinder 32 und einem Kabelende 50 zur Stromleitung bestehende Einheit mit einem Drehsystem 40 um eine horizontale Achse gedreht und in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen, wenn er sich nicht im Stromabnahmezustand befindet. Dadurch können der Luftwiderstand und das Geräusch während des Fahrens des Fahrzeugs verringert werden.
Der Stromabnehmer 20 ist dafür ausgelegt, durch einen Zylinder 7 zum Anheben und Absenken sowie eine Stange 8 zum Anheben und Absenken angehoben zu werden und um eine Achse 40A des Drehsystems 40 gedreht zu werden. Es sei bemerkt, daß das Drehsystem 40 durch ein feststehendes Teil 41 gestützt ist, das auf der Sockelplatte 3 des Wagenhauptteils 2 befestigt ist.
Wenn der Stromabnehmer 20 angehoben oder abgesenkt wird, wird das Verschlußsystem 9 durch Betätigen eines Zylinders 42 für den Verschluß und einer Stange 43 für den Verschluß geöffnet. Wenn der Stromabnehmer 20 Strom abnimmt oder in der Aufnahmekuppel aufgenommen ist, wird das Verschlußsystem 9 geschlossen. Diese Vorgänge werden durch einen Sequenzer oder einen Computer, der getrennt eingerichtet ist, gesteuert ausgeführt. Die Einzelheiten hiervon werden später beschrieben.
Ein flexibles Hochspannungskabel 44 wird stark beansprucht und muß planmäßig gewechselt werden, da es jedesmal dann, wenn der Stromabnehmer 20 eingestellt wird, häufig bewegt wird. Es ist daher zwischen dem flexiblen Kabel 44 und dem im Wagenhauptteil 2 eingeschlossenen Hochspannungskabel 5 ein Hochspannungs-Anschlußstück 6 vorgesehen, um das flexible Hochspannungskabel 44 leicht wechseln zu können.
Aus den Zwischenräumen zwischen Verschlüssen 110, 120, 130, 140 oder den Zwischenräumen zwischen dem Isolator oder dem Isolierstück 50 und dem Verschluß 130 in die Aufnahmekuppel eintretendes Wasser fließt durch in den beiden Seitenwänden im Boden der Aufnahmekuppel 4 vorgesehene Auslaßöffnungen 46 zum Dach des Fahrzeugs hinaus. Da das Dach des Fahrzeughauptteils 2, wie in FIG. 5 dargestellt ist, bogenförmig nach oben hin vorgewölbt ist, wird das Auslassen leicht durch die Auslaßlöcher 46 in den beiden Seitenwänden der Aufnahmekuppel 4 erreicht.
Wie in den FIGUREN 6 bis 9 dargestellt ist, sind Schleifstücke 21 zur Stromabnahme auf dem obersten Teil des Abnehmerkopfes 22 mit der Form eines Deltaflügels eingeschlossen, und sie werden mit Schleifstück-Druckfedern 23 und mit einem später beschriebenen Antriebssystem zum Oberleitungsdraht 1 hin gedrückt. Der Abnehmerkopf 22 ist mit Schrauben am obersten Teil des Stützisolators 30 zur Isolation befestigt, und der Stützisolator 30 zur Isolation ist an einer darunter angeordneten Antriebsstange 31 befestigt, die aus einem Antriebszylinder 32 vorsteht. Die Bezugszahl 33 bezeichnet einen Druckkraftgeber zur Erfassung der zwischen der Antriebsstange 31 und dem Stützisolator 30 zur Isolation angreifenden Kraft, die die Gegenkraft zum Heraufdrücken des Abnehmerkopfes 22 ist. Die Antriebsstange 31 wird durch einen von einer getrennt eingerichteten hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung erzeugten Hydraulikdruck derart gesteuert nach oben gedrückt, daß der gegen den Oberleitungsdraht 1 drückende Anpreßdruck der Stromschleifstücke 21 optimal wird.
Der Abnehmerkopf 22 hat bei Betrachtung von oben, wie in FIG. 8 dargestellt ist, die Form eines nahezu dreieckigen Flügels. Die beiden Enden in der Breitenrichtung des Abnehmerkopfes 22 sind nach unten gebogen. Schleifstücke 21a sind an der obersten Fläche des Flügels an diesen Abschnitten befestigt. Diese Schleifstücke bestehen aus einem Material, das härter ist als das Material des Flügels (beispielsweise aus Stahl, Kupfer, Messing). Diese Teile sind Blindstreifen zum Verhindern eines Abriebs des Abnehmerkopfes 22, wenn der Oberleitungsdraht zum Flügelendabschnitt gelangt und der Abnehmerkopf 22 in Kontakt mit dem Oberleitungsdraht 1 kommt.
Die Schleifstücke 21a sind mit Schrauben am Abnehmerkopf 22 befestigt, so daß die Streifen das gleiche Potential wie der Abnehmerkopf aufweisen, um eine Funkenbildung zu verhindern. Die Schrauben sind in den hohlen Teilen in den Schleifstücken angeordnet, um vorstehende Teile an der Oberfläche zu verkleinern. Zwischen den Schleifstücken 21a und dem Abnehmerkopf 22 gibt es keine Feder 23.
Die Schleifstücke 21 und 21a sind elektrisch mit einem Leitungsdraht 51a verbunden. Wenn der Abnehmerkopf 22 aus einem nichtleitenden Material, wie FRP besteht, ist zwischen den Schleifstücken 21 und 21a und dem Leitungsdraht 51a ein leitendes Teil vorgesehen.
Die Außenfläche des Anschlußteils des Stützisolators zur Isolation und der Abnehmerkopf 22 sind bogenförmig ausgebildet. Daher ist die Erzeugung des in diesem Abschnitt entstehenden aerodynami schen Geräusches verringert.
Der Querschnitt des Abnehmerkopfes 22 in Längsrichtung ist stromlinienförmig, wobei sich die Höhe nach hinten hin verringert, wie in FIG. 6 dargestellt ist. Der Abnehmerkopf 22 besteht aus Aluminium, um sein Gewicht zu verringern. Er kann hauptsächlich aus Harz gebildet sein, dessen Oberfläche mit GFRP oder CFRP beschichtet ist.
Die Antriebsstange 31 für den Antriebszylinder 32 und der Bodenabschnitt des Stützisolators 30 zur Isolation sind durch eine Einheit des Druckkraftgebers 33 verbunden. Der Stützisolator 30 zur Isolation und die Antriebsstange 31 sind an die Einheit für den Druckkraftgeber 33 angeschlossen, wobei ihre oberen und unteren Flansche verwendet werden. Der untere Abschnitt des Stützisolators 30 zur Isolation ist zylindrisch, und der Durchmesser des Stützisolators 30 gleicht dem Durchmesser des zylindrischen Abschnitts des Zylinders 32. Dieser Abschnitt ist mit einer Manschette 59 bedeckt. Die Manschette 59 ist in Längsrichtung in Hälften geteilt, die von außen in radialer Richtung durch Schrauben mit flachen Senkköpfen am zylindrischen Abschnitt des Stützisolators 30 zur Isolation und am zylindrischen Abschnitt des Zylinders 32 befestigt sind. Die Manschette 59 ist länger als der Hub der Antriebsstange 31. Die Ecke des oberen Endes der Manschette 59 ist abgerundet. Die Antriebsstange 31 wird durch ölhydraulischen Druck angetrieben. Die Bezugszahl 130 bezeichnet einen Verschluß zum Abdecken der Umgebung der Manschette 59, der später beschrieben wird.
Das oben beschriebene Kabelende 50 zur Stromleitung hat einen Aufbau, bei dem das Leiterelement 53 in axialer Richtung durch die Mitte des Isolators 52 verläuft. Der obere Teil des Leiterelements 53 steht aus dem isolierenden Abschnitt hervor und weist eine mit Bolzen befestigte seitwärts vorstehende Verstrebung auf. Statt dessen kann an dem Abschnitt eine Schutzkappe angebracht sein, wie wohlbekannt ist. Ein flexibles Hochspannungskabel 44 ist am unteren Ende des Leiterelements 53 angebracht. Der Außendurchmesser des Kabelendes 50 zur Leitung verringert sich langsam zu seinem oberen Teil hin, und das Kabelende 50 dient als Hochspannungsisolator.
Die Verstrebung am oberen Teil des Leiterelements 53 und des Abnehmerkopfes 22 sind mit einem flexibel geflochtenen Leiterdraht 51 verbunden. Das Leiterelement 51 ist mit Bolzen und Muttern befestigt. Der Leiterdraht 51 besteht aus einem geflochtenen Draht, so daß sich der Abnehmerkopf 22 leicht nach oben und nach unten gegen das Kabelende 50 zum Leiten bewegen kann, und er weist in einem Teil wenigstens eine U-förmige Windung auf. Die U-förmige Windung in dem Kabel macht ein Aufwärts- und Abwärtsbewegen selbst dann leicht, wenn der Abstand zwischen den feststehenden Enden des Leiterdrahtes 51 gering ist. Das Kabelende 50 zum Leiten ist auf der Rückseite des Stützisolators 30 zur Isolation angeordnet, und die Stellen, an denen der Leiterdraht 51 mit dem Abnehmerkopf 22 und dem Leiterelement 53 verbunden ist, befinden sich auch auf der Rückseite des Stützisolators 30 zur Isolation.
Der Isolator im Kabelende 50 zum Leiten weist, wie in den FIGUREN 10 bis 12 dargestellt ist, an seiner Oberfläche einen unebenen Abschnitt auf, und sein unterer Abschnitt 52 ist säulenförmig. Der untere Teil der Säule 52 ist durch Bolzen von oben an einem Sockel 55 befestigt. Der Sockel 55 und der zylindrische Abschnitt des Zylinders 32 sind als Einzeleinheit aufgebaut. In der Seitenfläche des Sockels 55 (der Rückseite in Fahrtrichtung) befindet sich eine Öffnung (55a), so daß der Verbindungsabschnitt des flexiblen Hochspannungskabels 44 in seitlicher Richtung in den unteren Teil des Isolators 52 eingeführt werden kann. Im unteren Teil des Kabelendes 50 zum Leiten und im oberen Teil des Sockels 55 befinden sich Flansche, die durch mehrere Bolzen miteinander verbunden sind.
In beiden Seiten des Sockels 55 befinden sich Verbindungsabschnitte für die Zylinder 7 zum Anheben und Absenken, durch deren Hohlraum der Verbindungsabschnitt des Kabelendes 50 sowie das flexible Hochspannungskabel 44 verlaufen. Der Zylinder 7 zum Anheben und Absenken verläuft in Längsrichtung des Fahrzeugs. Das Kabel 44 ist zwischen den beiden Zylindern 7 angeordnet. Das Kabel 44 ist durch das Anschlußstück 6 an das Kabel 5 angeschlossen. Das Kabel 44 ist weicher als das Kabel 5. Der Aufbau des Anschlußstücks 6 ist derart, daß sich das Anschließen und Trennen des Anschlußstücks 6 und des Kabels 44 vergleichsweise einfach ausführen lassen.
Nun zu den FIGUREN 6 und 7 zurückkehrend sei bemerkt, daß die Teile, wie der Antriebszylinder 32, das Anschlußstück 6, der Zylinder 7 usw. durch das feststehende Teil 41 an der Sockelplatte 3 befestigt sind. Die Sockelplatte 3 ist mit Schrauben an einem im Dach des Fahrzeugs selbst gebildeten Sockel befestigt. Unterhalb des flexiblen Hochspannungskabels 44 befindet sich in der Sockelplatte 3 ein abgetrennter Teil, um Raum für das Biegen des flexiblen Hochspannungskabels 44 zu schaffen und um das Biegen des flexiblen Hochspannungskabels 44 beim Drehen des Stützisolators 30 zur Isolation leicht zu machen.
Bei diesem Aufbau beeinflußt die Arbeitsweise der Antriebsstange 31 nicht das flexible Hochspannungskabel 44. Die Antriebsstange 31 hat die Funktion, das Schleifstück 21 zur Stromabnahme mit einem gewünschten Druck zur Oberleitung hin zu drücken, und sie bewegt sich mit einer hohen Frequenz auf und ab. Wenngleich das Kabel 44 bei der Arbeit des Zylinders 7 gebogen wird, tritt das Biegen im wesentlichen beim Rückstellen auf, und die Biegehäufigkeit ist sehr gering. Daher kann die lange Abnutzungszeit des Kabels 44 erreicht werden. Der Druckkraftgeber 33 kann den auf die Oberleitung 1 wirkenden Anpreßdruck erfassen.
Da sich zwischen der Antriebsstange 31 und dem Abnehmerkopf 22 der Stützisolator 30 zur Isolation befindet, liegt die Antriebsstange 31 nicht auf hoher Spannung. Daher kann der Antriebszylinder 32 ölhydraulisch sein, wodurch die Reaktion auf das Steuersignal verbessert wird.
Da der Druckkraftgeber 33 (Drucksensor) in ähnlicher Weise auch an einer Stelle eingerichtet ist, an die keine Hochspannung angelegt ist, kann eine genaue Steuereingabe erzielt werden.
Da die Manschette 59 am unteren Ende des Stützisolators 30 zur Isolation angeordnet ist und der Zwischenraum zwischen dem Stützisolator 30 zur Isolation und der Aufnahmekuppel 4 klein gemacht werden kann, kann das Einströmen von Regen, Schnee oder Luft in die Manschette 59 verhindert werden, wenngleich der Durchmesser der Stange 31 am unteren Ende des Stützisolators 30 zur Isolation gering ist. Daher kann die Länge zwischen der am unteren Ende des Stützisolators 30 gelegenen Falte gering gemacht werden.
Es sei bemerkt, daß auf die Manschette 59 verzichtet werden kann, wenn die Länge der Spalte am unteren Ende des Stützisolators 30 zur Isolation größer ist als der Hub der Antriebsstange 31.
Wie in den FIGUREN 13 und 14 dargestellt ist, befinden sich in dem Abschnitt, durch den der Stromabnehmer 20 verläuft, Verschlüsse 110, 120, 130 und 140, die gewöhnlich die Öffnung verschließen. Der Verschluß 110 dient zum Schließen der Öffnung, durch die der Abnehmerkopf 22 verläuft, und ist als flaches Plattenstück ausgebildet. Die Verschlüsse 120 und 120 dienen zum Abdecken der Öffnung, durch die der Stützisolator 30 verläuft, und sie sind in Breitenrichtung des Fahrzeugs in zwei Abschnitte zum Schließen einer Öffnung mit einem Paar klappenartiger Verschlüsse geteilt. Die Verschlüsse 130 sind Gleitverschlüsse zum Abdecken der Öffnung, wenn die Isolatoren 30 und 52 nach oben angehoben werden, und sie sind in Breitenrichtung des Fahrzeugs in zwei Abschnitte geteilt, um eine Öffnung mit einem Verschlußpaar zu schließen. Wenn die Verschlüsse 130 die Öffnung schließen, werden zwei kreisförmige Löcher geöffnet, durch die die Manschette 59 und die Isolatoren 30 und 52 verlaufen. Der Verschluß 140 ist ein Gleitverschluß zum Verschließen derselben Öffnung, die die Verschlüsse 140 schließen, wenn der Stromabnehmer 20 in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen ist. Die Verschlüsse 130 schließen die Öffnung zu dieser Zeit nicht.
In den FIGUREN 14 bis 16 wird nun der Aufbau des Antriebsmechanismus des Verschlusses 110 beschrieben. Der in FIG. 15 dargestellte Verschluß 110 ist ein Gleitverschluß, und er wird in Längsrichtung des Fahrzeugs verschoben. Auf beiden Seiten der mit dem Verschluß 110 in Breitenrichtung des Fahrzeugs verschlossenen Öffnung 110a befinden sich beide seitliche Enden des Verschlusses 110 stützende Führungsschienen 115. Jede Seite des Verschlusses 110 ist über vier Rollen 112 durch die Führungsschienen 115 gestützt. Die Führungsschienen 115 führen den oberen Teil, den unteren Teil und die Seite der Rollen 112. Der Verschluß 110 ist auf der Rückseite der Aufnahmekuppel 4 angeordnet, wenn die Öffnung offen ist, und er ist in die Öffnung eingepaßt, wenn sie geschlossen ist. Wenn die Öffnung mit anderen Worten geschlossen ist, schließt die obere Fläche des Verschlusses 110 im wesentlichen mit der oberen Fläche der Aufnahmekuppel 4 ab. Die Führungsschienen 115 haben Kurven, um den Verschluß 110 so zu bewegen, wie oben beschrieben wurde. Ein Zylinder 42 zum Antreiben in Aufwärtsrichtung und in Abwärtsrichtung ist auf der Sockelplatte 3 eingerichtet.
Die Verschlüsse 120 werden, wie in FIG. 16 dargestellt ist, durch Schwenken mit Gelenken 122 als Schwenkachsen geöffnet und geschlossen. Zylinder 129 sind auf der Sockelplatte 3 eingerichtet.
Der Verschluß 130 ist ebenso wie der Verschluß 110 gleitfähig. Die Führungsschienen 135 für die Verschlüsse 130 sind nicht im seitlichen Abschnitt der Öffnung eingerichtet. Dies dient dazu, ein Überkreuzen mit dem Verschluß 140 zu verhindern. Daher hat der Abschnitt des Verschlusses zum Schließen der Öffnung auch keine Führungsrollen. Um Führungsrollen am Verschluß 130 anzuordnen, hat der Verschluß 130 eine derartige Form, daß er sich in hohem Maße zur der Fahrtrichtung entgegengesetzten Seite erstreckt, wenn die Öffnung geöffnet ist. Zylinder 139 sind auf der Sockelplatte 3 eingerichtet. Der andere Aufbau der Verschlüsse 130 gleicht dem des Verschlusses 110.
In den FIGUREN 15 und 16 sind um die Verschlüsse 110 und 120 der Aufnahmekuppel 4 herum Heizvorrichtungen 74 und 48 vorgesehen. Ein Heizgerät kann, falls erforderlich, in dem Abschnitt vorgesehen sein, in dem sich die Verschlüsse 120 berühren. Die anderen Verschlüsse 130 und 140 weisen ebenfalls Heizvorrichtungen auf (nicht dargestellt). Wenn sie im Winter einfrieren und die Verschlüsse 110, 120, 130 und geöffnet werden, nachdem den Heizvorrichtungen zum Schmelzen des Eises elektrischer Strom zugeführt worden ist, läßt sich der Stromabnehmer 20 leicht anheben und absenken.
Der Verschluß 140 ist ebenso wie der Verschluß 110 gleitfähig. Die Führungsschienen 145 für die Verschlüsse 140 sind nicht im seitlichen Abschnitt der Öffnung eingerichtet. Dies dient dazu, ein Überkreuzen mit dem Verschluß 130 zu verhindern. Daher hat der Abschnitt des Verschlusses zum Schließen der Öffnung auch keine Führungsrollen. Um Führungsrollen am Verschluß 140 anzuordnen, hat der Verschluß 140 eine derartige Form, daß er sich in hohem Maße zur der Fahrtrichtung entgegengesetzten Seite erstreckt, wenn die Öffnung geöffnet ist. Zylinder 149 sind auf der Sockelplatte 3 eingerichtet. Der andere Aufbau der Verschlüsse 140 gleicht dem des Verschlusses 110.
Die Aufnahmekuppel ist, wie in FIG. 17 dargestellt ist, in drei Teile 4A, 4B, 4C eingeteilt. Die Aufnahmekuppel 4A ist der Bereich, der sich von der Führungsschiene 135 für den Verschluß 130 zur Führungsschiene 115 für den Verschluß 110 erstreckt. Die Aufnahmekuppel 4 weist an der Seitenfläche an geeigneten Stellen Inspektionsluken 4Aa, 4Bb, 4Cc zur Inspektion, zum Montieren und zum Ersetzen von Teilen der Vorrichtungen in der Aufnahmekuppel 4 auf.
Der von der Aufnahmekuppel 4 nach oben hin vorstehende Stromabnehmer 20 wird, wie in den FIGUREN 18 bis 20 dargestellt ist, durch Antreiben des Zylinders 7 in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen. Zuerst wird der Abnehmerkopf 22 leicht nach unten gezogen (etwa um 100 mm), um von der Oberleitung 1 getrennt zu werden, wie in FIG. 18 dargestellt ist. Danach wird der Verschluß 9, wie in FIG. 19 dargestellt ist, geöffnet, und der Stromabnehmer 20 wird in die Aufnahmekuppel 4 abgesenkt, und der Verschluß wird schließlich geschlossen.
Der Zustand, in dem der Stromabnehmer 20 in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen ist, ist so, wie in FIG. 15 dargestellt ist, wobei alle Öffnungen durch das Verschluß system 9 geschlossen sind und die Außenfläche der Aufnahmekuppel 4 glatt und stromlinienförmig ist, wodurch kaum ein Fahrwiderstand erzeugt wird und während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt kaum Geräusche erzeugt werden.
Im folgenden ist ein Beispiel der detaillierten Abmessungen einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Höhe der Aufnahmekuppel HD = 700 mm
Gesamtlänge der Aufnahmekuppel (s. FIG. 4) L = 9300 mm
Breite des Sockels der Aufnahmekuppel WDL = 2500 mm
Breite des oberen Teils der Aufnahmekuppel (s. FIG. 5) WDH = 1800 mm
Höhe des Stützisolators zur Isolation HG = 500 mm
Höhe des Kabelendes zum Leiten HC = 430 mm
Höhe des vorderen Teils des Abnehmerkopfes TA = 130 mm
Länge des Stromabnehmerkopfes in Fahrt-LA richtung = 600 mm
Abstand zwischen dem oberen Teil des Kabelendes zum Leiten und der Oberleitung (s. FIG. 7) TB = 290 mm
Ein ausreichender Platz zur Aufnahme des Antriebszylinders 32, des Anschlußstücks 6, des Zylinders 7 usw. kann erhalten werden, wenn der Bewegungshub des Antriebszylinders 32 etwa 300 mm beträgt.
Nachfolgend wird das Montageverfahren beschrieben. Der aus dem Abnehmerkopf 22 und dem Antriebszylinder 32 mit dem Stützisolator 30 zusammengesetzte Stromabnehmer 20, der Zylinder 7, das flexible Kabel 44 und das Anschlußstück 6 werden auf der Sockelplatte 3 befestigt. Der Stromabnehmer 20 befindet sich in der Kuppel 4 (FIG. 14). Zu dieser Zeit nimmt die Antriebsstange die geringste Länge an. Der obere Teil des Abnehmerkopfes 22 wird auf einen auf der Sockelplatte 3 eingerichteten Puffersockel (in der Figur nicht dargestellt) gesetzt. Daraufhin werden die Zylinder 42, 129, 129, 139, 139, 149 in die Sockelplatte 3 eingesetzt.
Die Baugruppe wird am Dach des Fahrzeugs 2 angebracht, und die Sockelplatte 3 wird mit Bolzen am Dach befestigt. In diesem Zustand kann sich der Stromabnehmer 20 im abgesenkten Zustand befinden. In diesem Zustand können auch die Zylinder 42, 129, 129, 139, 139, 149 eingerichtet werden.
Nachfolgend werden das Anschlußstück 6 und das Kabel verbunden. Weiterhin werden Leitungen für Antriebsflüssigkeit an jeden der Zylinder 7, 32, 42, 129, 129, 139, 139, 149 angeschlossen. Die weitere Arbeit besteht darin, einen Signaldraht an den Sensor 33, 34 anzuschließen.
Daraufhin wird die Kuppel 4A mit Bolzen am Dach 2 angebracht und daran befestigt. Die Verschlüsse 110, 120, 120, 130, 130, 140 wurden zuvor an der Kuppel 4A angebracht. Die Zylinder 42, 129, 129, 139, 149 und die Verschlüsse 110, 120, 120, 130, 130, 140 werden durch die Inspektionsluken verbunden.
Nachfolgend werden die Endabschnitte der Kuppel 48 und 4C am Dach 2 und der Kuppel 48 angebracht und daran befestigt. Der Verbindungsabschnitt der Kuppelteile ist überlappend aufgebaut.
Das Ersetzen des Kabels 44 oder des Kabelendes 50 wird so ausgeführt, daß die Kuppel 4 in dem Zustand entfernt wird, in dem der Stromabnehmer 20 in der Kuppel 4 aufgenommen ist. Das Ersetzen kann vergleichsweise einfach ausgeführt werden, da die Öffnung 55a des Sockels 55 nach oben hin gerichtet ist und das Anschlußstück 6 vorgesehen ist.
Die Zylinder 42, 129, 129, 139, 139 können horizontal in der Kuppel 4A eingerichtet werden. Wenn dies geschieht, kann die Kuppel 4 als eine Einheit gebildet werden. Weiterhin können die Inspektionsluken miniaturisiert werden. Die Zylinder 42, 129, 129, 139, 139 können leicht mit den Verschlüssen und der Kuppel 4 verbunden werden. Dieses Zusammensetzen kann ausgeführt werden, wenn die Kuppel 4 umgedreht ist.
Die Verschlüsse 130 und 130 in der Kuppel 4 stehen dort, wo die Manschette 59 hindurchtritt, ebenfalls bogenförmig nach oben. Jeder der Verschlüsse 130 weist zwei halbkreisförmige Öffnungen auf. Weiterhin sind zwei Löcher gebildet, die die beiden Verschlüsse 130 und 130 schließen. Die Manschette 59 und der Isolator 52 treten durch diese beiden Löcher hindurch. Die Löcher weisen an ihren Rändern Gummipuffer auf. Das Loch für die Manschette 59 ist etwas größer als das andere, da sich die Manschette 59 auf und ab bewegt.
In FIG. 21 sind horizontale Schnittansichten des Stützisolators 30 (30a, 30b, 30c) und des Kabelendes 50 sowie Beziehungen zwischen der Luftströmung und der Konfiguration dargestellt.
In Figur (a) ist die Kombination dargestellt, in der der runde Stützisolator 30a zur Isolation einen etwas größeren Durchmesser aufweist als das runde Kabelende 50 (die aerodynamischen Durchmesser sind nahezu gleich), und sie werden in der Strömung weiter vorne und weiter hinten angeordnet. Wenngleich die Luftströmung hauptsächlich den Stützisolator 30 trifft, der in Fahrtrichtung vorne angeord net ist, trifft die zurückkehrende Luft das Kabelende 50 zum Leiten, wodurch in manchen Fällen ein Geräusch erzeugt wird.
In Figur (b) ist eine Kombination dargestellt, bei der der Stützisolator 30b einen Durchmesser d1 aufweist, der etwas größer ist als der Durchmesser D1 des Kabelendes 50. Die Luftströmung trifft hauptsächlich den Stützisolator 30, der einen großen Durchmesser aufweist und in Fahrtrichtung auf der Vorderseite angeordnet ist, und die Luft trifft das Kabelende 50 nicht. Hierdurch wird das Geräusch vermindert.
d&sub1; > D&sub1;
wobei d&sub1; und der schraffierte Teil den konkaven Abschnitt des Isolators 30 bezeichnen und
D&sub1; den Außendurchmesser des konvexen Abschnitts des Isolators des Kabelendes 50 bezeichnet.
In der Figur (c) ist eine Kombination dargestellt, bei der der Stützisolator 30c so gebildet ist, daß er senkrecht zur Luftströmung eine große Breite aufweist und nahezu stromlinienförmig ist, und das Kabelende so ist im Schatten des Stützisolators 30 aktiv verborgen. Wenn dies geschieht, verringert sich das Geräusch stärker als im Fall (b). Es ist wünschenswert, daß der Durchmesser oder die Breite des Stützisolators 30, wie oben beschrieben, größer ist als der Durchmesser des Kabelendes 50. Es sei bemerkt, daß der Stützisolator 30 aus Epoxidharz besteht.
Der Abstand L zwischen den beiden Isolatoren 30 und 50 wird hinsichtlich eines geringen Geräusches bestimmt. Es wird angenommen, daß eine Interferenz zwischen zwei Geräuschen das Geräusch verringern kann. Wenngleich die Durchmessers des Stützisolators 30 von oben nach unten gleich sind (oberhalb der Kuppel 4), können die Durchmesser beispielsweise so geändert werden, daß sie sich nach unten hin vergrößern. Wenn dies geschieht, wird erwartet, daß das Geräusch verringert werden kann, da sich die Luftströmung in senkrechter Richtung ändert.
Wie in FIG. 22 weiterhin dargestellt ist, ist es wünschenswert, daß der Stützisolator 30 direkt unterhalb des Schwerpunkts G des Abnehmerkopfes 22 angeordnet ist, der die Stelle ist, auf die das Gewicht des Abnehmerkopfes 22 einwirkt und auf die die durch die Luftströmung, die den Abnehmerkopf trifft, bewirkte Auftriebskraft L einwirkt. Während des Fahrens des Fahrzeugs wirkt eine Auftriebskraft L auf den Abnehmerkopf 22. Wenn die vertikale Querschnittsform des Abnehmerkopfes 22 zur Ober- und zur Unterseite hin symmetrisch ist, ist die Geschwindigkeit auf der Unterseite geringer als die Geschwindigkeit auf der Oberseite, da der Stützisolator 30 zur Isolation eingerichtet ist. Daher wirkt die im Abnehmerkopf 22 wirkende Auftriebskraft nach oben. Wenn die Position, an der die Auftriebskraft am Abnehmerkopf 22 angreift, die Schwerpunktsposition G ist, und der Stützisolator 30 zur Isolation entsprechend der Position eingerichtet ist, tritt das in der Figur dargestellte Drehmoment ML nicht auf. Dies bedeutet, daß auf den Stützisolator 30 keine zu große Kraft einwirkt.
Es ist wünschenswert, daß die Position des Schwerpunkts G des Abnehmerkopfes 22 mit der Angriffsposition der am Abnehmerkopf 22 angreifenden Kraft übereinstimmt. In einem Fall, in dem es schwierig ist, die Position des Schwerpunkts G mit der Angriffsposition der Auftriebskraft in Übereinstimmung zu bringen, muß darüber nachgedacht werden, sie so dicht wie möglich zusammenzubringen.
Es wird angenommen, daß die Kuppel 4 bewirken kann, daß die Luftströmung nach oben gedreht wird. Als Gegenmaßnahme hierfür kann der Abnehmerkopf 22 so geneigt werden, daß er mit dem Winkel der Luftströmung übereinstimmt, oder er kann an einen Ort bewegt werden, wo der Winkel der durch die Kuppel 4 bewirkten Luftströmung keinen Einfluß ausübt. Es ist dabei wünschenswert, daß der Winkel und die Bewegung des Abnehmerkopfes 22 entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt sind.
In Fig. 23 ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung aüf einen Zug aus Fahrzeugen dargestellt.
In dieser Figur laufen die Fahrzeuge 2 (2A - 2H), wie durch einen Pfeil dargestellt ist, von rechts nach links. Im allgemeinen wird die Stromabnahme von einem Fahrzeug im hinteren Teil des Zuges vorgenommen, um den Luftwiderstand und Geräusche zu verringern, indem der Stromabnehmer 20 an einer Stelle angeordnet wird, an der eine Grenzschicht stärker ausgebildet ist. Daher sind in der Figur die beiden Stromabnehmer (20F, 20H) im hinteren Teil angehoben, und die beiden Stromabnehmer (20A, 20C) im vorderen Teil sind in den Kuppeln 4 aufgenommen.
Die mit dem Stromabnehmer 20 abgenommene Elektrizität wird durch ein Hochspannungs-Anschlußstück 6 und ein Hochspannungskabel 5 zu einem Kasten 60 einer Hochspannungseinheit geleitet. In diesem Kasten 60 einer Hochspannungsleitung sind ein Vakuum-Leistungsschalter 61 zum Empfang und ein Fahrzeug-Vakuum-Leistungsschalter 62, die an ein Kabelende 68 zur Stromleitung bzw. ein Hochspannungs- Entnahmekabel 67 angeschlossen sind, eingerichtet. Der Vakuum-Leistungsschalter 61 verhindert, daß an den abgesenkten und sich nicht in Betrieb befindlichen Vakuum-Leistungsschalter 61 durch andere Stromabnehmer 20 über das Hochspannungs-Entnahmekabel 67 eine Hochspannung angelegt wird.
Der Vakuum-Leistungsschalter 62 schließt den Stromkreis zum in jedem Fahrzeug eingerichteten Stromabnehmer 20. Die Spannung des auf diese Weise durch den Vakuum-Leistungsschalter 62 hindurchgeführten Stroms wird durch einen Haupttransformator 63 verringert, und der Strom wird daraufhin mit einem Hauptumformer 64 in einen dreiphasigen Wechselstrom umgewandelt, und seine Frequenz und seine Spannung werden entsprechend der Geschwindigkeit und der Zugkraft des Fahrzeugs zum Treiben eines Hauptmotors 65 geregelt. Der Strom kehrt nach dem Treiben des Hauptmotors 65 durch ein Rad und eine Achse 66 zu den Schienen 69 zurück. Ein Hochspannungsschalter 61 trennt die Hochspannung zu der Zeit vom Stromabnehmer 20 ab, zu der der Stromabnehmer 20 abgesenkt wird.
In FIG. 24 ist ein Beispiel der Anordnung von Einheiten im Kasten 60 einer Hochspannungseinheit dargestellt. In einem Kasten 60 sind zwei Vakuum-Leistungsschalter 61 und 62 und vier Kabelenden 68 eingerichtet. Wenngleich das Innere des Kastens der Hochspannungseinheit auf Atmosphärendruck liegt, ist der Kasten abgedichtet. Die Vakuum-Leistungsunterbrecher 61 und 62 sind im oberen und im unteren Teil des Kastens 60 eingerichtet. Blanke Drähte 68a werden für Verbindungen zwischen den Vakuum-Leistungsschaltern 61, 62 und den Isolatoren zur Entnahme 68aa, 68ab, 68ac, 68ad verwendet. Die in der Technik bekannten Vakuum-Leistungsschalter 61 und 62 schalten den Stromkreis ein und aus, wobei ein Strom zu den Magnetspulen 61a und 62a fließt. Ein Kabel 68aa wird zum Anschließen an das flexible Hochspannungskabel 44 verwendet, ein Kabel 68ab wird zum Anschließen an den Haupttransformator 63 verwendet und Kabel 68ac und 68ad werden zum Anschließen an die anderen Kasteneinheiten 60 verwendet. Die Bezugszahl 68A bezeichnet einen an den Vakuum- Leistungsschalter 62 angeschlossenen Ableiter. Die Vakuum- Leistungsschalter 61 und 62 weisen die gleiche Spezifikation auf. Da der Vakuum-Leistungsschalter 61 unter dem Boden des Fahrzeugs eingerichtet ist, kann der Schwerpunkt des Fahrzeugs niedriger liegen als wenn er auf dem Dach eingerichtet ist. Weiterhin sind die beiden Vakuum-Leistungsschalter 61 und 62 in einer Kasteneinheit 60 eingerichtet, was auch zu geringen Kosten führt.
Jedes Fahrzeug in einem Zug weist eine Steuereinheit 84 mit dem folgenden in FIG. 25 dargestellten Aufbau auf. Da der Zug vier Stromabnehmer 20 (20A, 20C, 20F, 20H) aufweist, steuert die Steuereinheit 84 vier Sätze. Der Satz besteht aus einem Vakuum-Leistungsschalter 61, einem Antriebszylinder 32, zwei Zylindern 7 und sechs Zylindern 42, 129, 129, 139, 139, 149.
Es gibt zwei Sätze von Eingangsschaltern SW, von denen jeder in jeder der Steuerkabinen in den beiden Endfahrzeugen des Zugs eingerichtet ist. Der eine Satz von Schaltern SW besteht aus einem Schalter 9D1, der darauf hinweist, welches Fahrzeug im Zug das vordere ist, einem Schalter 9D2 zum Anheben aller Stromabnehmer 20 und einem Schalter 9D3 zum Absenken aller Stromabnehmer 20 in die Kuppeln. Die Steuereinheit 84 enthält einen Speicher 84A, eine CPU 848 sowie eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 84C.
Die CPU 848 führt das im Speicher 84A gespeicherte Programm aus, und führt verschiedene Arten von Verarbeitungen aus. Wenn der Schalter 9D1, der darauf hinweist, welches Fahrzeug im Zug das vordere ist, eingeschaltet wird, gibt die CPU 848 wie in FIG. 26 dargestellt ist, einen Absenkbefehl (262) an die beiden Stromabnehmer (20A, 20C) an der Vorderseite des Zugs aus und überträgt einen Anhebebefehl (264) an die beiden Stromabnehmer (20F, 20H) auf der Rückseite.
Der Arbeitsgang nach dem Absenkbefehl ist so, wie in FIG. 27 dargestellt ist. In dem in FIG. 4 dargestellten Zustand ist der Vakuum-Leistungsschalter 61 abgetrennt (271), um eine Funkenbildung zu verhindern. Nachfolgend wird die Antriebsstange 31 bis zur untersten Position abgesenkt, um den in FIG. 18 (272) dargestellten Zustand zu verwirklichen. Weiterhin werden die Verschlüsse 110, 120, 120, 130, 130 durch die Zylinder 42, 129, 129, 139, 139 (273) geöffnet.
Nachfolgend wird der Stromabnehmer 20 mittels des Zylinders 7 in die Aufnahmekuppel 4 abgesenkt, wie in FIG. 19 (274) dargestellt ist. Daraufhin werden die Verschlüsse 110, 120, 120, 140 durch die Zylinder 42, 129, 129, 149 (275) geschlossen. Dabei sind die Zeitabläufe bei den Zylindern 129 und 129 unterschiedlich, da sich die Verschlüsse 120 und 121 überlappen.
Der Stromabnehmer 20 kann durch eine kleine Leistung gedreht werden, da er gedreht wird, nachdem er durch die Antriebsstange 31 abgesenkt wurde, um von der Oberleitung 1 getrennt zu werden. Weiterhin wird die Länge der Verschlüsse 120 und 120 durch das Absenken des Stromabnehmers 20 gering, und es wird dadurch auch die Länge der Aufnahmekuppel 4 gering.
Wenn der Stromabnehmer 20 aufgenommen ist, kann davon ausgegangen werden, daß das Geräusch beim Fahren verringert ist, da die beiden Öffnungen am Verschluß 130 (Löcher für die Manschette 59 und für den Isolator 52) durch den Verschluß 140 geschlossen sind. Weiterhin kann das Hineinfließen von Regen oder Schnee minimiert werden.
Wenn in Schritt 264 in FIG. 26 ein Befehl zum Anheben des Stromabnehmers 20 gegeben wird, werden, wie in FIG. 28 dargestellt ist, die Verschlüsse 110, 120, 120, 140 geöffnet (281), und der Stromabnehmer 20 angehoben (282), und dann die Verschlüsse 110, 120, 120, 130, 130 geschlossen (283).
Nachfolgend wird der Abnehmerkopf 22 durch die Antriebsstange 31 angehoben, um Kontakt zur Oberleitung 1 herzustellen (284). Schließlich wird der Vakuum-Leistungsschalter 261 eingeschaltet (285). Die Wirkungen gleichen den oben beschriebenen.
Ein Kopplungsmechanismus kann statt der Verwendung der Antriebsstange 31 zum direkten Auf- und Abwärtsbewegen des Isolators 30 zwischen dem Isolator 30 und dem Antriebszylinder 32 eingerichtet werden. Wenn dies getan wird, kann der Antriebszylinder 32 auch zum Betätigen des Zylinders 7 verwendet werden.
In den FIGUREN 29 bis 31 ist ein Aufbau des Abnehmerkopf-Antriebssystems 230 zur Steuerung der den Stromabnehmer drückenden Kraft dargestellt. Ein Druckkraftgeber 33 zur Steuerung und eine Verschiebungsmeßeinrichtung 34 sind zwischen dem Stützisolator 30 und der Antriebsstange 31 eingefügt. Die Ausgaben des Druckkraftgebers 33 und der Verschiebungsmeßeinrichtung 34 werden zusammen mit der von einer Geschwindigkeits-Informationserfassungseinrichtung 85 und einer Eisenbahn-Informationserfassungseinrichtung 86 ausgegebenen Information einer Steuereinheit 83 zugeführt, und die Steuereinheit 83 berechnet den optimalen auf die Oberleitung 1 wirkenden Anpreßdruck und überträgt ein elektrisches Signal zu einem Servoverstärker 242 in einer Servosteuereinrichtung 240. Ein Servoventil 243 empfängt das elektrische Signal vom Servoverstärker 242 und steuert die Flüssigkeitsströmung von einer Ölhydraulikquelle 241 mit dem elektrischen Signal zum Steuern der zwischen dem Antriebszylinder 32 und der Antriebsstange 31 auftretenden nach oben drückenden Kraft.
Die folgenden Symbole werden bei der nachfolgend gegebenen Beschreibung verwendet.
f*: angestrebte Anpreßkraft
fq: Auftriebskraft
f: Anpreßkraft
fx: Schwankungskraftsignal
f^: Anpreßkraft-Schätzsignal
fa^: Störungsunterdrückungskraft-Schätzsignal
P: Schätzzustandswert-Vektor
A: Matrixkonstante
L^: Vektorkonstante (Entwurfparameter)
C: Vektorkonstante
B: Vektorkonstante
r: Steuersignal = k&sub2;(f*-f^)-fa^
u: nach oben drückende Kraft
k&sub1;': Störungskompensationsverstärkung
k&sub1;": Anpreßkraftverstärkung
k&sub2;: normale Kompensationsverstärkung
a&sub1; - a&sub8;: Gewichtsfunktionen (zur Bildung von k&sub1;')
a: Ersatzmasse der Oberleitung 1
b: äquivalenter Dämpfungskoeffizient der Oberleitung
m&sub1;: Masse des Schleifstücks 21
m&sub3;: Masse des Abnehmerkopfes 22 und des Stützisolators zur Isolation 30
y&sub1;, y&sub1;', y&sub1;": vertikale Verschiebung, Vertikalgeschwindigkeit und Vertikalbeschleunigung des Schleifstücks
y&sub3;, y&sub3;', y&sub3;": vertikale Verschiebung, Vertikalgeschwindigkeit und Vertikalbeschleunigung des Abnehmerkopfes 22 und des Stützisolators zur Isolation 30
z, z', z", z"': Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Beschleunigungsverhältnis der Unregelmäßigkeiten der Oberleitung 1
c&sub1;: Dämpfungskoeffizient der Feder 23 zum Drücken des Schleifstücks
k&sub1;: Federkonstante der Feder 23 zum Drücken des Schleifstücks
: Verhältnis der Dämpfungskoeffizienten
X: Zustandswertvektor
W: Störungsvektor
D, E: Vektorkonstanten
H: Vektorkonstante
Q: Ausgangszustandswert-Vektor von der Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen
F: skalare Konstante
G: Vektorkonstante
Die Servosteuervorrichtung 240 betätigt den Antriebszylinder 32 und die Antriebsstange 31 mit einem Steuersignal r von einer Steuereinheit 83, um eine nach oben drückende Kraft u auf den Abnehmerkopf 22, den Stützisolator 30 usw. auszuüben. Die Steuereinheit 83 ist auf der geerdeten Seite (das elektrische Potential ist null) in der Scherenstromabnehmerkuppel 4 im Dach des Fahrzeugs 2 eingerichtet. Die Steuereinheit 83 gibt ein Schwankungskraftsignal fx und ein Signal y&sub3; einer vertikalen Verschiebung in eine Anpreßkraft- Beobachtungseinheit 233 ein. Die Signale werden unter Verwendung einer Erfassungssignal-Prüfschaltung 253 durch Verstärken der Ausgangssignale eines Druckkraftgebers 33 zum Steuern und einer Verschiebungsmeßeinrichtung 34 erhalten, die zwischen dem Stützisolator 30 zur Isolation und der Antriebsstange 31 eingerichtet sind. Weiterhin wird das Steuersignal r zur gleichen Zeit der Anpreßkraft-Beobachtungseinheit 233 zugeführt. Daraufhin gibt die Anpreßkraft- Beobachtungseinheit 233 ein Anpreßkraft-Schätzsignal f^ und ein Störungsunterdrückungskraft-Schätzsignal fa^ aus. Die Anpreßkraft-Beobachtungseinheit 233 besteht aus einer Zustandswert-Schätzeinheit 236, einer Störungsunterdrückungskraft-Verstrkungseinheit 237 sowie einer Anpreßkraft- Schätzeinheit 238.
Weiterhin hat die Steuereinheit 83 eine Zielwert- Anweisungseinheit 231, die unter Optimieren und Andern durch Kombinieren des Informationssignals über die Pfadposition und des Erfassungssignals über die Pfadgeschwindigkeit unter Verwendung der Pfadinformation (Geschwindigkeitsinformation 85, Streckeninformation 86) von der Steuereinrichtung des Fahrzeugs einen Anpreßdruck-Zielwert f* festlegt, sowie eine Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen, die das Steuersignal r[=k2(f*-f^)-fa^] durch Erhalten der Differenzen zwischen dem durch die Zielwert-Anweisungseinheit 231 festgelegten Anpreßdruck-Zielwert f* und dem unter Schätzen von der Anpreßkraft-Beobachtungseinheit 233 ausgegebenen Anpreßkraft-Schätzsignal f^ oder dem Störungsunterdrückungskraft-Schätzsignal fa^ berechnet.
Hierbei ist k&sub2; eine normale Kompensationsverstärkung in der Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen. Der Druckkraftgeber 33 ist zwischen dem Stützisolator 30 und der Antriebsstange 31 eingerichtet und erfaßt die Belastung, entweder eine Zugspannung oder eine Kompression, mit hoher Genauigkeit, um ein Schwankungskraftsignal fx auszugeben.
In ähnlicher Weise ist die Verschiebungsmeßeinrichtung 34 zwischen dem Stützisolator 30 und dem Antriebszylinder 32 eingerichtet und gibt die vertikale Verschiebung, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Antriebsstange 31 aus. Die Auftriebskraft wirkt hauptsächlich auf den Abnehmerkopf 22, den Stützisolator 30 usw. und besteht aus der resultierenden Auftriebskraft fq aus der durchschnittlichen Auftriebskraft und der vertikal angreifenden schwankenden Auftriebskraft. Wenn das Fahrzeug daher mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, wächst die auf den ganzen Hauptteil des Stromabnehmers 20 wirkende Kraft fq, und der Anpreßdruck f ändert sich dementsprechend erheblich.
Der Anpreßdruck läßt sich durch eine Gleichung (Gleichung 1) ausdrücken.
f=fx-m&sub1;y&sub1;"-m&sub3;y&sub3;"-fq (Gleichung 1)
wobei y&sub1;, y&sub1;', y&sub1;" die Verschiebung, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Stromabnehmer-Schleifstücks 21 usw. sind. y&sub3;, y&sub3;', y&sub3;" sind die Verschiebung, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Abnehmerkopfes 22, des Stützisolators 30 usw.
Die Zielwert-Anweisungseinheit 231 stellt durch Optimieren und Andern unter Verwendung der von einer Fahrzeugsteuereinheit übertragenen Fahrtinformation (Fahrtgeschwindigkeit, Fahrtstrecke, Position, Wetter, Fahrzeit, Erdbeben usw.) den Anpreßdruck-Zielwert f* ein. In die Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen wird ein Signal eingegeben, das die Differenz zwischen dem Anpreßkraft-Schätzsignal f^ und dem durch die Zielwert-Anweisungseinheit 231 festgelegten f* ist, und sie gibt das Signal Q[=k&sub2;(f*-f^)] aus, das durch Multiplizieren der Kompensationsverstärkung k&sub2; mit dem Signal ef erhalten wird. Das durch Subtrahieren des Störungsunterdrückungskraft-Schätzsignals fa^ von Q durch eine Subtrahiereinrichtung gewonnene Steuersignal r wird in die Servosteuervorrichtung 240 eingegeben. Die Antriebsstange 31 wird unter Verwendung des Steuersignals r so betätigt, daß die Auftriebskraft fq und die äußere Kraft von der Oberleitung 1 unterdrückt werden.
Um das Störungsunterdrückungskraft-Schätzsignal fa^ zu berechnen, multipliziert die Störungsunterdrückungskraft- Verstärkungseinheit 237 die folgenden Gewichtsfunktionen der Störungskompensationsverstärkungen k&sub1;'(a&sub1; - a&sub8;) mit den Ausgangssignalen (y&sub1;, y&sub3;, y'&sub1;, y'&sub3;, z, z', z", z"') von der Zustandswert-Schätzeinheit 236, die die Auftriebskraft fq und die äußere Kraft von der Oberleitung 1 enthält. Hierbei sind z, z', z", z"' die Verschiebung, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und das Beschleunigungsverhältnis der konvexen und konkaven Oberleitung 1.
a&sub1;=268,500, a&sub2;=-268,500, a&sub3;=-28,650, a&sub4;=-1,212, a&sub5;=0, a&sub6;=29,850, a&sub7;=45, a&sub8;=0.
Dann kann das fa^ erhalten werden.
fa^=k&sub1;'xP (Gleichung 2)
Die Anpreßkraft-Schätzeinheit 238 berechnet das Anpreßkraft-Schätzsignal f^ (Gleichung (Gleichung 3)) unter Verwendung der Ausgangssignale P (y&sub1;, y&sub3;, y'&sub1;, y'&sub3;, z, z', z", z"') der Zustandswert-Schätzeinheit 236. Hierbei ist a die Ersatzmasse der Oberleitung 1, und b ist der äquivalente Dämpfungsfaktor der Oberleitung 1.
f^=[-ak&sub1;y&sub1;/(m&sub1;+a)+ak&sub1;y&sub3;/(m&sub1;+a) +(bm&sub1;y&sub1;'-ac&sub1;y&sub1;')/(m&sub1;+a) +ac&sub1;y&sub3;/(m&sub1;+a)-bmτz/(m&sub1;+a) -am&sub1;z"/(m&sub1;+a)]
Diese Gleichung kann folgendermaßen ausgedrückt werden
f^=k&sub1;"xP (Gleichung 3)
Hierbei ist k&sub1; die Federkonstante der Druckfeder 23 für das Schleifstück, c&sub1; der Dämpfungskoeffizient der Druckfeder 23 für das Schleifstück und k&sub1;" die Anpreßkraftverstärkung.
Das oben beschriebene Signal P wird nachfolgend erklärt. Nach dem unter Verwendung der Erfassungssignal-Prüfschaltung 253 vorgenommenen Entscheiden, ob die mit dem Druckkraftgeber 33 und der Verschiebungsmeßeinrichtung 34 erfaßten Ausgangssignale normal sind oder nicht, werden das Anderungssignal fx und die vertikale Verschiebung y&sub3; zusammen mit dem Steuersignal r in die Zustandswert-Schätzeinheit 236 eingegeben, und die Einheit 236 gibt dann unter Verwendung des Minimaldimensions-Beobachtungsverfahrens vorgenommenen Zustandschätzens die oben beschriebenen acht Zustandswerte y&sub1;, y&sub3;, y'&sub1;, y'&sub3;, z, z', z", z"' aus. Die Berechnung zum Erzielen der Zustandswerte unter Verwendung des Minimaldimensions-Beobachtungsverfahrens (Verfahren von Gopinath) ist im von Corona Co. (1988) veröffentlichten Buch "Observer" auf den Seiten 21 - 32 beschrieben. Die Zustandsgleichungen (Gleichung 4) sind unten dargestellt.
d/dt(P)=(A-L^C)xP+BxU+L^xFx (Gleichung 4)
Hierbei ist P ein Schätzzustandswert einer Beobachtung (y&sub1;^, y&sub3;^, y'&sub1;^,y'&sub3;^, z^, z'^, z"^, z "'^), wobei Fx eine zum Kraftdetektor skalare Eingabe ist, A eine 8x8-Matrix ist, L^ ein 1x8-Vektor ist, C ein 1x8-Vektor ist und B ein 8x1-Vektor ist. Da die acht charakteristischen Wurzeln des Abnehmers 20 an den Punkten (-0,128, j±12,34), (-1,212, j± 121,84), (-1,88, j0), (-23,69, j0), (-27,67, ±j98,19) in komplexen Koordinaten liegen, werden die sieben charakteristischen Wurzeln der Beobachtung der Zustandswert-Schätzeinheit 236 folgendermaßen in komplexen Koordinaten bestimmt. Hierbei werden die Wurzeln der Matrix (A-L^C) in der Gleichung (Gleichung 4) bestimmt.
(-6,0, ±j12,34), (-23,69, j+0), (-27,67, ±j98,19), (-60, j±121,84)
Wie aus diesen Punkten verständlich ist, werden die beiden Wurzeln (-6,0, ±j12,34) und (-60, j±121,84) so bestimmt, daß die von der Störung (-0,128, j±121,84) und (-1,212, j±121,84) abhängigen Dämpfungseigenschaften für die beiden Wurzeln verbessert sind ( =0,01 0,44).
Nachfolgend wird ein Verfahren zu einer aktiven Steuerung der Störungsunterdrückungskraft beschrieben, bei dem die Anpreßkraft-Beobachtungseinheit 233 verwendet wird. Die Zustandsgleichung für den Abnehmer 20 mit der äußeren Kraft der Oberleitung 1, der Auftriebskraft usw. läßt sich folgendermaßen ausdrücken:
d/dt (X) =AXX+BxU+DxW (Gleichung 5)
f=CXX+ExW (Gleichung 6) Hierbei ist X ein Zustandswertvektor (y&sub1;, y&sub3;, y'&sub1;, y'3, z, z', z", z"'), u=Hxr ein Vektor der nach oben drückenden Kraft, r ein Steuersignalvektor, H eine Vektorkonstante, f eine skalare Ausgabe der Anpreßkraft, W eine skalare Eingabe der Störung, A eine 8x8-Matrix, B ein 8x1- Vektor, C ein 1x8-Vektor, D ein 8x1-Vektor, und D ein 1x8- Vektor.
Weiterhin läßt sich die Zustandsgleichung für die Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen folgendermaßen ausdrücken:
d/dt (Q) =FXQ+G (f*-f^)
Daraufhin kann die folgende Gleichung erhalten werden:
Q=k&sub2; (f*-fA) (Gleichung 7)
Hierbei ist k&sub2; der normale Kompensationsverstärkungsvektor, Q ein Ausgangszustandswert-(1x1)-Vektor der Einheit 232 zur Kompensation normaler Differenzen, F eine skalare Konstante, G eine Vektorkonstante und (f*-f^) eine skalare Eingabe zum Kraftdifferenzwert-Steuersignal.
u=Hxr
=Hx (Q-fa^)
=Hx(Q-k&sub1;'xP)
=K&sub1;xP+K&sub2;xQ (Gleichung 8)
Hierbei sind K&sub1; und K&sub2; Vektorkonstanten, und es gelten die Beziehungen K&sub1;=-Hxk&sub1;' und K&sub2;=H. Aus den Gleichungen 5 - 8 lassen sich alle Zustandsgleichungen für den optimalen Anpreßdruck-Zielwert f* und den Anpreßdruck f und die nach oben drückende Kraft u folgendermaßen ausdrücken:
Dabei gilt: X=[y&sub1;&sub1; y&sub3;, y'&sub1;, y'&sub3;, z, z', z"', z"']T
(Gleichung 9) (Gleichung 10)
Unter Verwendung der Gleichungen 9 und 10 kann die Anpreßkraft auf diese Weise durch Eingeben des Steuersignals r für die nach oben drückende Kraft u (Gleichung 8) auf der Grundlage von fa^ und f^ in die Servosteuervorrichtung 240 verringert werden und werden fa^ und f^ durch Eingeben des Steuersignals des Kraftänderungssignals fx und der nach oben drückenden Kraft u in die Anpreßkraft-Beobachtungseinheit 233 erhalten. Die Störungskompensationsverstärkung k&sub1;', die Vektorkonstante H und der normale Kompensationsvektor F/G, die zu dieser Zeit verwendet werden, müssen richtig gewählt werden.
In FIG. 31 ist ein Aufbau des Stromabnehmer-Antriebssystems 244 dargestellt, in das das Steuersignal r eingegeben und aus dem die nach oben drückende Kraft u ausgegeben wird. Das System 244 besteht aus einer Verstärkersöhaltung 242 zum Verstärken des Steuersignals r, einem Servoventil 243 zum Steuern des Öldrucks einer Ölhydraulikdruck-Quelle 241, einem Antriebszylinder 32 und einer Antriebsstange 31, um die nach oben drückende Kraft u durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Servoventils 243 zu erzeugen.
Wenngleich in diesem Beispiel eine Ölhydraulikdruck- Quelle 241 verwendet wird, kann statt dessen eine Druckluftquelle verwendet werden, wenn die Reaktion des Servoventils und des Zylinders schnell genug ist, wie später beschrieben wird. In diesem Fall muß die Übertragungskennlinie der dem Steuersignal r entsprechenden nach oben drückenden Kraft u im selben Bereich liegen.
FIG. 32 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der beiden Aufnahmesysteme 360a und 360b zur Aufnahme des Abnehmerkopfs 22 in der Aufnahmekuppel 4, wobei die beiden Stangen 8a und 8b zum Anheben und Absenken auseinanderbewegt und zusammengezogen werden und der Abnehmer durch das Drehsystem 40 gedreht wird. Die beiden Aufnahmesysteme 360a und 360b bestehen aus Verstärkern 361a und 361b, Schaltventilen 362a und 362b sowie Zylindern 7a und 7b zum Anheben und Absenken. Wenn das Betätigungssignal der in der Aufnahmekuppel 4 eingerichteten Steuereinrichtung 364 zum Anheben und Absenken in die Aufnahmesysteme eingegeben wird, werden die Aufnahmesysteme mit Ölhydraulikdruck von der Ölhydraulikdruck-Quelle 363 zum senkrecht zum Wagenhauptteil 2 mit den Stangen 8a und 8b zum Anheben und Absenken erfolgenden Anheben des Stromabnehmers 20 betätigt, wie in FIG. 18 dargestellt ist, um Strom aus der Oberleitung 1 abzunehmen. Wenn andererseits der Stromabnehmer 20 aufgenommen wird, trennt das Aufnahmesystem durch Ausfahren der Stangen 8a und 8b das Schleifstück von der Oberleitung 1, so daß es in der Aufnahmekuppel 4 aufgenommen wird, wie in FIG. 19 dargestellt ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann verwirklicht werden, indem Motoren statt Ölhydraulikdruck zum Antreiben des Stromabnehmers 20 verwendet werden.
Für ein Fahrzeug mit einer relativ geringen Fahrtgeschwindigkeit ist das Verschlußsystem für die Aufnahmekuppel 4 nicht erforderlich. Da die Aufnahmekuppel 4 selbst einen erheblichen Einfluß auf das Verringern von Geräuschen hat, kann die Öffnung, durch die der Stromabnehmer 20 ausgefahren oder eingefahren wird, offengehalten werden.

Ausführungsform 2

In FIG. 33 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der ein flexibles Hochspannungskabel 44 zur Stromleitung im hohlen Abschnitt des Stützisolators 30 gehalten wird. Ein Leiter 53 ist im Isolator eingerichtet, um einen Abnehmerkopf 22 zu stützen.
Mit anderen Worten stützt ein Kabelende zur Stromleitung den Abnehmerkopf 22. Das Kabel 44 ist aus der Seite des Isolators 30 herausgeführt. Der Abnehmerkopf 22 ist mit einer Mutter und einer Schraube befestigt, die am oberen Ende des Stromleiters im Kabelende 22 zur Stromleitung gebildet ist. Ein Vorteil hierbei ist, daß ein Aufbau mit nur einem Isolator verwirklicht werden kann.
Dies ist jedoch für die Lebensdauer des Kabels 44 unerwünscht, da es sich zusammen mit der Betätigung der Antriebsstange 31 nach oben und nach unten bewegt.

Ausführungsform 3

In den FIGUREN 34 - 37 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform wird der Stromabnehmer 20 in Fahrtrichtung durch Drehen nach hinten abgesenkt. Auf der Vorderseite in der mit einem Pfeil bezeichneten Fahrtrichtung befinden sich Zylinder 7 und ein Anschlußstück 6. Ein flexibles Hochspannungskabel 44 ist zwischen den Zweigen eines den Stromabnehmer 20 stützenden Gelenks angeordnet. Die Kuppeln 4A, 4B, 4C sind in Fahrtrichtung in Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen umgekehrt angeordnet.
Wenn der Stromabnehmer 20 dabei in der Kuppel 4 aufgenommen ist, gelangt die Spitze des Dreiecks des Abnehmerkopfes 22 auf die Oberseite. Daher kann die Aufnahmekuppel 4 im Vergleich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen miniaturisiert werden, wodurch der Fahrwiderstand verringert wird.

Ausführungsform 4

Wenngleich der Stützisolator 30 während des Fahrens in den oben erwähnten Ausführungsformen aufrechtstehend gehalten wird, wird erwogen, daß sein Neigungswinkel entsprechend der Fahrtgeschwindigkeit durch Betätigung der Zylinder 7 zum Anheben und Absenken zum Steuern der Flügelkraft geändert werden kann. Es ist in diesem Fall wünschenswert, daß das Stromabnehmer-Schleifstück 21 und der Abnehmerkopf 22 bogenförmig ausgebildet sind. Es wird weiterhin daran gedacht, daß der Stromabnehmer 20 in Fahrtrichtung bewegt wird, wenn der Wind von der Kuppel den Stromabnehmer 20 stark beeinflußt.
Da die Auftriebskraft während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt auf den Abnehmerkopf 22 wirkt, wird der Abnehmerkopf 22 so gesteuert, daß der obere vordere Teil des Abnehmerkopfes 22 unter Verwendung des Zylinders 7 leicht nach untengerichtet wird. In FIG. 32 betätigt die Steuereinrichtung 364 den Zylinder 7 unter Verwendung der Fahrtgeschwindigkeits-Information von einer Steuereinrichtung am Fahrzeug so, daß der obere vordere Teil des Abnehmerkopfes 20 leicht nach unten gerichtet wird, wenn das Fahrzeug schneller als mit einer gegebenen Fahrtgeschwindigkeit fährt. Weiterhin wird auch die Anweisung von einem zentralen Bedienungsraum verwendet.
Da die Auftriebskraft groß wird, wenn das Fahrzeug an einem anderen Fahrzeug in einem Tunnel vorbeifährt, wird der Abnehmerkopf 22 in ähnlicher Weise nach unten gerichtet. Wenn das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit in einen Tunnel eintritt, wird der Abnehmerkopf 22 ebenfalls nach unten gerichtet. In FIG. 32 betätigt die Steuereinrichtung 364 den Zylinder 7 unter Verwendung der Fahrtpositionsinformation von der Steuereinrichtung im Fahrzeug oder der Anweisung vom zentralen Bedienungsraum.

Ausführungsform 5

Weiterhin ist eine Ablenkplatte am hinteren Teil des Kabelendes zur Stromleitung 50 angeordnet, um die Luftströmung vom Kabelende 50 nach unten zu richten. Die Ablenkplatte besteht aus einem Isolator und ist am Befestigungssockel 55 für das Kabelende 50 angebracht.

Ausführungsform 6

Es ist wünschenswert, im Stromabnehmer 20 einen Noterdungsschalter EGS vorzusehen. Wie in FIG. 38 dargestellt ist, ist auf diese Weise ein Noterdungsschalter EGS 300 parallel zum Kabelende 50 im Stromabnehmer 20 eingerichtet.
Der Noterdungsschalter EGS weist eine mit einem Zylindermechanismus 302, der mit einer Druckluftquelle 301 betrieben wird, angetriebene Kupferstange 303 auf. Die sich normalerweise in der Kuppel befindende Kupferstange 303 wird durch eine Notbetätigung des Fahrers aus der Kuppel herausgestreckt, um ihr oberes Ende durch einen Halter 304 mit dem Abnehmerkopf 22 zu verbinden, wie in der Figur dargestellt ist. Die Bezugszahl 305 bezeichnet einen mit der Sockelplatte 3 verbundenen geflochtenen Kupferdraht. Der Noterdungsschalter EGS hat die Funktion, die Umgebung des Abnehmerkopfes 22 in einem Notfall so schnell wie möglich zu erden. Der Noterdungsschalter EGS, dessen Zylindermechanismus 302 mit dem Zylinder 32 eine Einheit bildet, wird zum Anheben und Absenken zusammen mit dem Stützisolator 30 und dem Kabelende 50 zur Stromleitung durch das Drehsystem 40 gedreht.

Ausführungsform 7

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Kabelende 50 zur Stromleitung so eingerichtet, daß es eine Neigung aufweist, um das Hochspannungskabel leicht beweglich zu machen. Wenn dies geschieht, sind das Kabelende 50 zur Stromleitung und der Stützisolator 30 zur Isolation nicht parallel, wodurch die zwischen ihnen auftretende Stehwelle verringert wird und auf diese Weise das Geräusch weiter verringert wird.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Teil der Anordnung mit Stromabnehmerfunktionen leichtgewichtig und klein sein, und es können dadurch die Steuereigenschaften für die Oberleitung 1 verbessert werden, da der das Stromabnehmerelement und das Antriebssystem enthaltende Teil der Anordnung, der Stromabnehmerfunktionen aufweist, so eingerichtet ist, daß er von einem Teil der Anordnung, der Starkstrom-Leitungsfunktionen aufweist und der die Starkstrom-Abnahmefunktion weiter in ausreichendem Maße aufrechterhalten kann, getrennt ist.
Weiterhin kann die Erzeugung von Geräuschen während einer Fahrt des Fahrzeugs unterdrückt werden, da auf dem Dach des Fahrzeugs ein Aufnahmesystem vorgesehen ist, in dem das Antriebssystem stets aufgenommen ist und in dem der Stromabnehmerfunktionen aufweisende Teil der Anordnung zusammen mit dem Starkstrom-Leitungsfunktionen aufweisenden Teil der Anordnung aufgenommen ist, wenn er keinen Strom abnimmt.

Claims

1. Stromabnehmer (20) mit einem Stromabnehmerelement (22), einem Antriebssystem (31) zum Bewegen des Stromabnehmerelements (22), einem Leiterelement (53) zum Zuführen von über das Stromabnehmerelement (22) aufgenommener elektrischer Leistung an eine Lastseite, wobei das Stromabnehmerelement (22) uber ein Isolierelement (30) mit dem Antriebssystem (31) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer (20) in der Verbindungsstelle zwischen dem Antriebssystem (31) und dem Isolierelement (30) einen Sensor (33) zur Steuerung des Antriebssystems (31) aufweist.

2. Stromabnehmer nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Kraftmesser ist.

3. Stromabnehmer nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinrichtung derart gesteuert ist, daß sie das Stromabnehmerelement in Abhängigkeit von der vom Sensor erfaßten Kraft auf- und abwärts bewegt.

4. Schienenfahrzeug mit einem Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3.