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Diese
Erfindung betrifft die Installation einer Vorrichtung zur Stromabnahme
auf Neigezügen.
Die Baugruppe umfasst einen Fahrstromabnehmer, der sich relativ
zu dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, auf dem er angebracht
ist, bewegen kann. Die Anordnung erfolgt dergestalt, dass der Fahrstromabnehmer
von den Neigungsbewegungen, die auf den Wagenkasten einwirken, unberührt bleibt
und sich praktisch relativ zum Drehgestellrahmen des Fahrzeugs nicht
bewegt.
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Die
Tendenz zur Verkürzung
der Reisezeiten im Schienenverkehr hat das Interesse an der Konstruktion
von Schienenfahrzeugen geweckt, die dieses Ziel erreichen, ohne
dass neue Strecken für Hochgeschwindigkeitszüge gebaut
werden müssen. Zu
dieser Art von Zügen
gehören
die sogenannten Neigezüge.
Ein Neigezug ist ein Zug, der eine eingebaute Vorrichtung verwendet,
um beim Durchfahren einer Kurve zusätzlich zu der Überhöhung des
Gleises eine weitere Überhöhung zu
erzeugen. Die weitere Überhöhung richtet
sich nach der Fahrtgeschwindigkeit und den Charakteristika der Kurve.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann das Fahrzeug Kurven mit höheren Geschwindigkeiten
durchfahren, und sie vermeidet Zeitverluste durch Abbremsen und
anschließendes
Beschleunigen.
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Bei
bekannten Neigeverfahren wird eine relative Drehbewegung zwischen
dem Drehgestell und dem Wagenkasten erzeugt. Bei elektrischen Neigezügen ergibt
sich das zusätzliche
Problem, wie man die Stromabnahme mittels des Fahrstromabnehmers auf
einem Fahrzeug bewerkstelligen soll, das aufgrund des Neigungssystems
deutliche Rollbewegungen vollführt.
Es muss eine Vorrichtung installiert werden, die verhindert, dass
der Fahrstromabnehmer infolge der Nei gungsbewegungen den Kontakt zur
Fahrstrom-Oberleitung verliert.
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In
den vergangenen Jahren wurde eine Reihe verschiedener Arten von
Neigezügen
konstruiert, bei denen das Problem der Verbindung des Fahrstromabnehmers
auf verschiedene Weise gelöst
wurde. Wir geben hier einen kurzen Überblick über die gefundenen Lösungen.
- a) Fahrstromabnehmer auf einer neigungslosen Lokomotive.
Bei dieser Lösung
besteht der Neigezug aus einer Anzahl von Neigungs-Personenwagen,
die von einer neigungslosen Lokomotive gezogen werden. Diese Lokomotive
ist mit einem oder mehreren herkömmlichen
Fahrstromabnehmern auf dem Fahrzeugdach bestückt. Diese Lösung hat
erstens den Nachteil, dass der Lokführer im Vergleich zu den Kurvenbeschleunigungen, denen
die Fahrgäste
ausgesetzt sind, extrem hohen Kurvenbeschleunigungen ausgesetzt
ist, und hat zweitens den Nachteil, dass die Notwendigkeit einer
Lokomotive es mit sich bringt, dass der Zugverband eine recht große Anzahl
an Wagen (mehr als drei) hat, oder es muss ein Ballastgewicht gezogen
werden, wenn der Verband kürzer
ist.
- b) Der Fahrstromabnehmer ist mit der Drehgestellkonstruktion
verbunden. Diese Lösung kommt
bei elektrischen Triebzügen
zum Einsatz, d. h. bei Personentriebzügen, die einen Motor in einem
oder in mehreren Wagen installiert haben. Der Fahrstromabnehmer
ist am oberen Abschnitt des Fahrzeuges angeordnet und an einer Konstruktion
befestigt, die mit der neigungslosen Drehgestellsektion verbunden
ist. Das bedeutet, dass der Fahrstromabnehmer stets den Drehgestellbewegungen
folgt und von der Neigungsrotation, die auf den Wagenkasten des
Fahrzeugs einwirkt, unbeeinflusst bleibt. Diese Lösung ist
mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. Erstens bedeutet die Notwendigkeit,
eine Konstruktion vom Drehgestell zum Fahrzeugdach bauen zu müssen, dass
der Nutzraum im Personenwagen verringert wird, wodurch Platz für Fahrgäste und
Zusatzausrüstung
im Zug verloren geht. Zweitens erhöht die zusätzliche Konstruktion, die für den Fahrstromabnehmer
eingebaut werden muss, das Gewicht beträchtlich. Hinsichtlich der Vorteile ist
festzustellen, dass das System dank dem Einbau eines rein mechanischen
Systems zur Befestigung des Fahrstromabnehmers sehr zuverlässig arbeitet.
- c) Der Fahrstromabnehmer ist mit dem Drehgestell über ein
Drahtseil verbunden. Dieses System hält den Fahrstromabnehmer auf
ungefähr
derselben vertikalen Achse wie das Drehgestell, während sich
der unter dem Fahrstromabnehmer befindliche Wagenkasten neigen kann,
ohne dessen Position zu beeinflussen. Ein mit diesem System arbeitender
Fahrstromabnehmer ist in der Europäischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungsnummer
485.273 beschrieben. Gemäß der Beschreibung
des oben genannten Patents wird der Fahrstromabnehmer auf einer
rollenden Plattform auf dem Dach des Wagens angeordnet. Die Plattform
ist mit dem Drehgestellrahmen über eine
Reihe von Drahtseilen verbunden, die über Seilscheiben im Wagenkasten
verlaufen. Die Drahtseile werden durch Trommeln auf der beweglichen
Plattform gespannt. Dieses System hat zwei Vorteile: eine deutliche
Gewichtsverringerung und mehr Nutzraum für den Wagenkasten. In diesem
Fall werden anstelle der gesamten Metallkonstruktion der oben genannten
Lösung
Drahtseile verwendet, die um den Wagenkasten verlegt sind. Zu den
Nachteilen dieser Konstruktion gehört die Tatsache, dass die Drahtseilanordnung nicht
nur die Neigungsbewegung des Fahrstromabnehmers überträgt, sondern ebenso sämtliche Bewegungen
der Wiegenaufhängung
im Normalbetrieb. Zu solchen Bewegungen – im Vergleich zu Neigungsbewegungen,
die quasi-statisch sind – kommt
es, wenn das Fahrzeug fährt
und ihr Frequenzanteil höher
ist. Das gesamte Fahrstromabnehmersystem unterliegt damit dynamischer
und quasi-statischer Beanspruchung, wodurch sich die Grenznutzungsdauer
des gesamten Systems verkürzt.
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Des
Weiteren offenbaren "Patent
Abstracts of Japan",
Band 17, Nr. 479 (M-1471) [31], 31. August 1993 (1993-08-31), und
JP 05 115104 A (Railway Technical
Research Institute), 7. Mai 1993 (1993-05-07), flexible Übertragungskabel,
die eine äußere Ummantelung
oder Hülle
und einen inneren beweglichen Kern sowie Verankerungsmittel für die Kabel
umfassen, die zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Wagenkasten
montiert sind. Diese spezielle Anordnung der Verankerungsmittel
bewirkt, dass der Mechanismus nicht nur die Neigungsbewegung, sondern
die gesamte Bewegung der Wiegenaufhängung zum Fahrstromabnehmer überträgt, woraus
sich eine Verschlechterung der Betriebsbedingungen ergibt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromabnahme
für Neigezüge und umfasst
einen Fahrstromabnehmer wie in der obigen Beschreibung, der über eine
Anordnung aus Übertragungskabeln
mit dem Drehgestell verbunden ist, wobei die grundlegende Aufgabe
darin besteht, die oben angesprochenen Systemnachteile zu beseitigen,
so dass der Fahrstromabnehmer nur Neigungsbewegungen und keine Bewegungen
im Zusammenhang mit der Wiegenaufhängung erhält.
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Weitere
Aufgaben der Erfindung sind die Vereinfachung des Systems und die
Gewährleistung des
ordnungsgemäßen Betriebes
des Systems.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfassend einen Fahrstromabnehmer, der auf einer Plattform auf dem
Dach eines Schienenfahrzeugs montiert ist. Diese Plattform kann sich
relativ zum Dach im rechten Winkel zur Fahrzeugachse bewegen. Sie ist über wenigstens
ein flexibles Übertragungskabel, das
Neigebewegungen des Wagenkastens zu der Plattform überträgt, mit
dem Drehgestell des Fahrzeugs verbunden. Der Neigungsmechanismus
besteht aus einer kinematischen Konfiguration, die aus mehreren
Schwenkarmen besteht, die zwischen dem Drehgestellrahmen und dem
Drehgestellneigungswiegebalken installiert sind. In diesem Fall
befindet sich die Wiegenaufhängung über dem
Wiegebalken. Die Basismerkmale dieser Installation gemäß der Erfindung
sind, dass das eine oder die mehreren flexiblen Übertragungskabel an Punkten
unter den Aufhängungselementen
mit dem Drehgestell verbunden sind, wobei auf diese Weise nur Neigungsbewegungen
zu der Plattform weitergeleitet werden, und die Bewegungen, die
von der Wiegenaufhängung
ausgehen, werden nicht übertragen.
Diese werden in der gleichen Weise ausgeglichen wie bei einem neigungslosen
Fahrzeug, nämlich
mittels der Überbreite der
Stromabnehmerschiene des Fahrstromabnehmers.
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Gemäß weiteren
Kennzeichen der Erfindung umfassen das eine oder die mehreren flexiblen Übertragungskabel
des Systems eine feste Hülle
oder Ummantelung sowie einen inneren Kern, der sich relativ zu der
Hülle bewegt.
Das oder die Übertragungskabel
sind mit der Plattform, auf der der Fahrstromabnehmer montiert ist, über einen
Mechanismus verbunden, der die Bewegung des Kerns in dem oder in den
flexiblen Übertragungskabeln
verringert oder vergrößert, während sie
an dem Drehgestell mittels Verankerungsvorrichtungen befestigt sind,
die zwischen dem Drehgestellwiegebalken und dem Drehgestellrahmen
montiert sind, wobei sie nur Neigungsbewegungen zwischen dem Drehgestellrahmen
und dem Drehgestellwiegebalken zu dem Kern des einen oder der mehreren Übertragungskabel übertragen.
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Der
Kern im Inneren des flexiblen Übertragungskabels
kann sich in linearen Bewegungen relativ zu seiner Hülle verschieben
und durch Traktion allein oder durch Traktion und Kompression arbeiten. Im
ersteren Fall sind wenigstens zwei Übertragungskabel erforderlich,
während
im letzteren Fall ein Übertragungskabel
reicht. Der Kern im Inneren des einen oder der mehreren Übertragungskabel
kann sich auch relativ zu der Hülle
drehen und auf Drehmomentbeanspruchung in einer einzelnen Richtung oder
in beiden Richtungen reagieren. Im ersteren Fall sind wenigstens
zwei Übertragungswellen
erforderlich, während
im letzteren Fall eine Übertragungswelle
reicht.
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Gemäß der Erfindung
wird die Plattform auf vier verschiebbaren Kipplagern auf zwei geraden,
koplanaren Führungen
montiert, die quer auf dem Fahrzeugdach in einer symmetrischen Position
relativ zu der mittigen Längssektion
des Daches mit einer nach innen ansteigenden Neigung angeordnet
sind.
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Die
genannten Merkmale werden zusammen mit anderen in der Erfindung
enthaltenen Merkmalen weiter unten anhand der angehängten Zeichnungen näher erläutert, wobei
in den Zeichnungen schaubildhaft und in Form nicht-einschränkender
Beispiele gezeigt ist, wie diese Merkmale realisiert werden könnten.
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Die
Zeichnungen enthalten Folgendes:
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1 ist
ein Querschnittsschaubild eines Schienenfahrzeugs in der normalen
Position und mit der Erfindung für
die Stromzufuhrverbindung ausgestattet.
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2 ist
ein Querschnitt ähnlich
wie in 1, wobei das Fahrzeug geneigt ist.
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3 zeigt
eine Vorderansicht des Fahrstromabnehmers, der zur Erfindung gehört.
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4 zeigt
das Detail A von 3 in einem größeren Maßstab und
in teilweisem Querschnitt.
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5 zeigt
einen Untersetzungs- und Übersetzungsmechanismus
zum Verbinden der flexiblen Übertragungskabel
und der Fahrstromabnehmerplattform, wobei der Zustand der Vorrichtung
veranschaulicht ist, wie er durch die Position des Fahrzeugs in 1 dargestellt
ist.
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6 ist
eine Ansicht ähnlich
der von 5, welche den Mechanismus in
dem Zustand zeigt, in dem er sich befindet, wenn das Fahrzeug die
in 2 gezeigte Position hat.
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7 zeigt
eine Spannvorrichtung zum Verbinden des Kerns im Inneren des flexiblen Übertragungskabels
mit der Fahrstromabnehmerplattform.
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8 zeigt
einen diametralen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Befestigen
des einen oder der mehreren flexiblen Übertragungskabel am Drehgestell.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Erfindung
eine Plattform 1, die sich auf dem Dach 2 des
Schienenfahrzeugs 3 befindet. Die Plattform kann sich relativ
zum Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 3 mit Hilfe eines
Führungssystems,
das unten anhand der 3 und 4 erläutert wird, drehen
und über
das Dach bewegen. Der Fahrstromabnehmer 4 ist mit allen
seinen Komponenten an der Plattform 1 befestigt.
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Wie
in 3 besser veranschaulicht, hat die Plattform 1 untere
Arme 6, die an ihren jeweiligen verschiebbaren Lagern 7 angelenkt
sind, welche sich an geraden Führungen 8 bewegen,
die die am Fahrzeugdach befestigt sind.
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Die
Lager 7, wie in 4 gezeigt, können obere Rollen 9 und
untere Rollen 10 enthalten, die an den Führungen 8 anliegen
und entlangrollen. Die untere Rolle 10 kann an einer verschiebbaren
Stange, die im rechten Winkel zur Führung 8 verläuft, angebracht
sein, deren Position mittels einer Vorbelastungsschraube 11 eingestellt
werden kann.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Erfindung
des Weiteren ein oder mehrere flexible Übertragungskabel 12,
die mit der Fahrstromabnehmerplattform 1 über ein
Untersetzungs- und Übersetzungsgestänge 13 verbunden
sind. Die Verbindung der Übertragungskabel
mit dem Drehgestell des Fahrzeugs erfolgt über Verankerungsvorrichtungen 14,
die zwischen dem Drehgestellrahmen 15 und dem Drehgestellwiegebalken 16 befestigt
sind, wobei der Drehgestellwiegebalken 16 eine Anzahl von Komponenten
enthält,
die zur Aufhängung 17 gehören.
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Durch
diese Anordnung erfolgt die Bewegung der Plattform 1 – quer zur
Längsachse
des Fahrzeugs – proportional
zu der Relativbewegung zwischen dem Drehgestellwiegebalken 16 und
dem Drehgestellrahmen 15. Auf diese Weise werden nur Neigungsbewegungen
und keine Bewegungen, die mit der Wiegenaufhängung 17 zusammenhängen, übertragen,
wie im Fall eines neigungsfreien Fahrzeugs, wobei diese letztgenannten
Bewegungen durch die Überbreite
der Stromabnehmerschiene 18 des Fahrstromabnehmers (3)
ausgeglichen werden.
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Das
oder die flexiblen Übertragungskabel 12 umfassen
eine Hülle
oder Ummantelung und einen Kern, der sich relativ zu der Hülle frei
bewegen kann. Das oder die Übertragungskabel
müssen
so flexibel sein, dass sie durch die Konstruktion des Zuges hindurchgeführt werden
können
und sich an den verfügbaren
Platz und an Relativbewegungen zwischen dem Wagenkörper 3 des
Fahrzeugs und dem Drehgestellwiegebalken 16 anpassen, zu
denen es wegen der Flexi bilität
der Aufhängung 17 kommt.
Ihre Aufgabe ist es, die Neigungs- bzw. Rollbewegung zwischen dem
Drehgestellrahmen 15 und dem Drehgestellwiegebalken 16 in
eine Relativbewegung zwischen der Fahrstromabnehmerplattform 1 und
dem Fahrzeugdach 2 umzuwandeln. Diese Bewegung kann auf
zwei verschiedenen Wegen mittels des flexiblen Übertragungskabels – je nach
der Art oder dem Aufbau dieses Kabels – übertragen werden.
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Es
könnte
beispielsweise ein verschiebbares flexibles Übertragungskabel verwendet
werden. Bei dieser Art der Anordnung bewegt sich der innere Kern
in Längsrichtung
relativ zu der Außenhülle von Ende
zu Ende. Andererseits könnte
auch eine rotierende flexible Übertragungswelle
verwendet werden, wobei sich der Kern der Übertragungswelle relativ zur Außenhülle dreht.
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Im
Fall eines verschiebbaren flexiblen Übertragungskabels kann der
Kern nur auf Zugbeanspruchung oder auf Zug- und Druckbeanspruchung reagieren. Im
ersteren Fall müssten
wenigstens zwei Übertragungskabel
eingebaut werden, wie in den 1 und 2 gezeigt,
so dass jedes Übertragungskabel
einer Zugbeanspruchung lediglich in einer einzigen Richtung folgt;
und im zweiten Fall wäre nur
ein einziges flexibles Übertragungskabel
erforderlich.
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Auf
die gleiche Weise kann im Fall rotierender flexibler Übertragungswellen
der Kern auf Drehmomentbeanspruchung in einer oder in zwei Drehrichtungen
reagieren. Im ersteren Fall würde
man zwei flexible Übertragungswellen
einbauen müssen, während im
zweiten Fall eine einzige flexible Übertragungswelle erforderlich
wäre.
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Um
die Zuverlässigkeit
des Systems zu erhöhen,
empfiehlt sich eine doppelte Verlegung der flexiblen Übertragungskabel
oder -wellen.
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Da
die Bewegungen des Fahrstromabnehmers 4 proportional zu
den Drehgestellbewegungen erfolgen müssen, muss ein Untersetzungs-
und Übersetzungsgestänge 13 für Verschiebe- oder Drehbewegungen
vorhanden sein, um geeignete Verhältnisse einer Verschiebungs-
oder Drehreduktion bzw. -verstärkung
zu erreichen.
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Dieser
Mechanismus kann, wie in den 5 und 6 gezeigt,
einen Hebel 19 umfassen, der an einem Ende am Fahrzeugdach 2 und
am anderen Ende an einer Stange 20 angelenkt ist. Das freie Ende
der Stange ist ebenfalls an einer zentralen Konsole 21 angebracht,
die an der Plattform 1 befestigt ist, auf der der Fahrstromabnehmer
ruht. Ein Zwischenpunkt 22 am Hebel 19 ist der
Verbindungspunkt für
den Kern 23, der sich im Inneren eines oder mehrerer flexibler Übertragungskabel 12 bewegt,
während
die Hülle 24 der Übertragungskabel
mittels einer Stützkonsole 25 am
Fahrzeugdach 2 befestigt ist. Wenn sich der Kern 23 um
LM verlängert
oder verkürzt,
so schwenkt der Hebel 19 und bewirkt, dass sich die Stange 20 relativ
zum Fahrzeugdach 2 um eine Länge LP bewegt.
Eine zweckmäßige Auswahl des
Anlenkpunktes 22 für
den Kern 23 am Hebel 19 bestimmt den Verstärkungsfaktor,
der auf LM angewendet wird: LP = (L2/L1) × LM
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Der
Verstärkungsfaktor,
der auf jedes Fahrzeug angewendet wird, richtet sich nach der geometrischen
Beziehung zwischen den Relativbewegungen von Drehgestell, Wagenkörper und
Fahrstromabnehmer.
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Wenn
zwei oder mehr flexible Übertragungskabel 12 vorhanden
sind, wie in 1, so kann die Verbindung der
Stange 20 in 5 mit der zentralen Konsole 21 der
Plattform 1 mittels einer Spannvorrichtung, wie in 7 gezeigt,
bewerkstelligt werden. Diese besteht aus einem elastischen Straffer 26 und einer
herkömmlichen
Zentrier einrichtung 27, die hintereinander angeordnet sind.
Wird diese Anordnung im Fall verschiebbarer (nicht drehbarer) flexibler Übertragungskabel
verwendet, so arbeitet der Kern der Übertragungskabel immer unter
Zug, und im Fall rotierender flexibler Übertragungswellen arbeitet
der Kern immer mit einem Drehmoment in der gleichen Richtung. Außerdem absorbiert
dieser Straffer 26 die unterschiedlichen Bewegungen von
Kabeln während der
Bewegung der Plattform 1.
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8 zeigt
eine mögliche
Anordnung der Verankerungsvorrichtung 14 am Drehgestell
im Fall der flexiblen Übertragungswellen 12.
Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 28 und eine Stange 29, die
beide miteinander verbunden sind und sich teleskopisch relativ zueinander
bewegen können.
Das Gehäuse 28 und
die Stange 29 besitzen Gelenkpunkte 30 und 31 zum
Anlenken an dem Drehgestellrahmen 15 und dem Drehgestellwiegebalken 16.
Die Hülle 24 des
flexiblen Übertragungskabels
ist mittels Muttern 32 am Gehäuse 28 verankert,
während
der Kern 23 im Inneren des flexiblen Übertragungskabels an der Stange 29 befestigt
ist. Diese Vorrichtung kann dafür
verwendet werden, die Neigungsbewegung zwischen dem Drehgestellrahmen 15 und
dem Drehgestellwiegebalken 16 zum Kern 23 des
flexiblen Übertragungskabels
zu übertragen.
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Wenn
eine Neigungsbewegung den Drehgestellwiegebalken 16 veranlasst,
sich relativ zum Drehgestellrahmen 15 zu neigen und sich
beispielsweise von der in 1 gezeigten
Position zu der in 2 gezeigten Position zu bewegen,
so verlängert sich – bei Verwendung
dieses Systems – die
Verankerungsvorrichtung 14 (oder verkürzt sich, je nach der Rollrichtung),
und der Kern 23, der zu dem flexiblen Übertragungskabel 12 gehört, bewegt
sich um eine Länge
LM relativ zur Hülle 24 des flexiblen Übertragungskabels.
Am oberen Abschnitt des Systems (Dach) wandelt das flexible Übertragungskabel
unter Verwendung des Untersetzungs- und Übersetzungsgestänges 13 die
Relativbewegung LM des flexib len Kabels
in eine entsprechende Relativbewegung zwischen der Fahrstromabnehmerplattform 1 und
dem Fahrzeugdach 2 um, die in den 5 und 6 als LP dargestellt ist, so dass die Fahrstromabnehmerplattform 1 ungefähr in ihrer
zentrierten Position relativ zum Drehgestell bleibt, wobei sie sich
entlang den geraden Führungen 8,
wie in 3 gezeigt, mittels der Kipplager 7 dreht
und bewegt. Wenn das Fahrzeug in die in 1 gezeigte
Position zurückkehrt,
so erfolgen die beschriebenen Bewegungen in der entgegengesetzten
Richtung.