EP4665602A1 - Gleichstromabnehmer für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Gleichstromabnehmer für ein schienenfahrzeug

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Publication number
EP4665602A1
EP4665602A1 EP24714802.6A EP24714802A EP4665602A1 EP 4665602 A1 EP4665602 A1 EP 4665602A1 EP 24714802 A EP24714802 A EP 24714802A EP 4665602 A1 EP4665602 A1 EP 4665602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current collector
contact
contact arm
rail vehicle
busbar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24714802.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Hintermeir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4665602A1 publication Critical patent/EP4665602A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/04—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using rollers or sliding shoes in contact with trolley wire
    • B60L5/08—Structure of the sliding shoes or their carrying means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/04—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using rollers or sliding shoes in contact with trolley wire
    • B60L5/12—Structural features of poles or their bases
    • B60L5/16—Devices for lifting and resetting the collector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/36—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles with means for collecting current simultaneously from more than one conductor, e.g. from more than one phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/32—Constructional details of charging stations by charging in short intervals along the itinerary, e.g. during short stops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R35/00—Flexible or turnable line connectors, i.e. the rotation angle being limited
    • H01R35/04—Turnable line connectors with limited rotation angle with frictional contact members

Definitions

  • the invention relates to a DC current collector for a rail vehicle.
  • the DC current collector is used to contact a conductor rail, which is electrically connected to a charging device, for a charging process for charging a traction battery of a rail vehicle.
  • the invention also relates to a rail vehicle with a DC current collector according to the invention.
  • the invention also relates to a conductor rail, which is also used in such a charging process.
  • the invention relates to a stationary charging system.
  • the invention relates to a method for contacting or decontacting a conductor rail.
  • the invention relates to a method for carrying out a charging process for a rail vehicle with a stationary charging system.
  • Diesel-powered locomotives which are not particularly environmentally friendly, have often been used for operations on non-electrified rail sections. For environmental reasons in particular, there are plans to use rail vehicles equipped with rechargeable batteries on non-electrified routes.
  • traction batteries also referred to below as traction batteries or traction accumulators
  • This charging process preferably takes place when a rail vehicle is at a standstill.
  • the rail vehicle contacts a power supply line via a current collector, which is electrically connected to a stationary DC voltage source.
  • a current collector which is electrically connected to a stationary DC voltage source.
  • FIG 2 shows a schematic representation of a charging circuit, where it can be seen that in a conventional arrangement a current conductor for a charging current spans a very extensive conductor loop, within which the personnel controlling the rail vehicle are also located and could therefore possibly be affected by the magnetic fields occurring in this area.
  • low limit values for charging currents are set for charging at standstill in order to prevent strong magnetic fields.
  • regular power transmission elements of an electric rail vehicle can be used for this purpose.
  • power is supplied via an overhead line or a third rail or a conductor rail and is discharged or earthed via the wheels to the running rails.
  • the low limit values for charging currents mentioned are a fraction of the Current strengths of the currents that can be transmitted during travel. This type of energy transfer is therefore also limited to a fraction of the maximum traction power of a rail vehicle. Charging a traction battery of a rail vehicle while taking such limitations into account therefore takes a very long time.
  • the problem of strong magnetic fields in rail vehicles can be solved by consistently paralleling the current consumption
  • the current collector must be separated from the power supply line at the shortest possible distance.
  • Such an arrangement requires a current collector with at least two poles, which not only takes up the charging current but also returns the return current to the overhead line. This leaves the problem of a reliable, low-wear contact with the overhead line using a current collector with at least two poles on a rail vehicle, whereby the contact should also be possible regardless of the direction of travel.
  • the task is therefore to enable reliable and low-wear charging of a traction battery of a rail vehicle with at least a two-pole pantograph.
  • the DC current collector according to the invention for a rail vehicle hereinafter also often referred to as "current collector” for short, has a base.
  • the base serves to fasten the DC current collector to the roof of a rail vehicle.
  • the base is firmly or immovably connected to the rail vehicle.
  • Such a base preferably comprises a frame, particularly preferably a metal frame, to which the other components of the DC current collector are connected.
  • the DC collector according to the invention further comprises a lever device arranged on the base with a pivoting and translation function.
  • the lever device comprises a plurality of levers which are pivotally connected to the base .
  • the DC current collector has a contact arm which is pivotably coupled to the lever device and has a positively polarized contact element for current absorption and a negatively polarized contact element for current output which is offset from the positively polarized contact element in the longitudinal direction of the contact arm and oriented parallel to the positively polarized contact element.
  • the contact arm and the lever device have horizontal pivot axes which are parallel to one another and run transversely to the longitudinal direction of the contact arm.
  • the contact elements are preferably aligned such that their contact surfaces are aligned transversely to the pivot plane of the contact arm, preferably perpendicular to the pivot plane of the contact arm.
  • the contact arm When the DC current collector is not being used, the contact arm is arranged horizontally, perpendicular to the longitudinal axis of the rail vehicle. Furthermore, when arranged as intended on the roof of a rail vehicle, the contact arm is designed so that it can pivot about an axis oriented parallel to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the contact elements are arranged next to one another on the contact arm, or distributed along the longitudinal direction of the contact arm, at a predetermined distance, and when the DC current collector is arranged as intended, or when contacting a conductor rail, they are aligned horizontally, perpendicular to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the two differently polarized contact elements of the DC current collector are arranged on the contact arm of the DC current collector so that they are electrically insulated from one another, in order to avoid a short circuit between the two contact elements.
  • the contact arm of the DC current collector is not in the longitudinal direction of the rail vehicle, but rather in the transverse direction of the rail vehicle. As explained in more detail later, this new type of arrangement has several advantages.
  • the DC collector according to the invention is designed for electrically charging a traction battery of a rail vehicle when the rail vehicle is at rest.
  • a traction battery is to be understood as a rechargeable electrical energy storage device which is used in conjunction with a traction converter device and in particular a traction intermediate circuit of a rail vehicle for the mains-independent supply of traction units and preferably the other electrical functional units of a rail vehicle.
  • Such a traction battery has a large number of battery cells connected in parallel and series and is designed as a high-voltage battery and for the provision of strong electrical currents in order to be able to provide sufficient power for the traction of the rail vehicle.
  • a traction accumulator usually also has a so-called battery management system, which prevents overloading of individual cells during energy extraction.
  • the traction units comprise electric motors for driving the drive wheels of the rail vehicle.
  • the traction converter device comprises the traction intermediate circuit mentioned above.
  • a traction intermediate circuit is part of a traction converter device and provides direct current for different units of a rail vehicle.
  • a traction intermediate circuit usually also has a drive pulse inverter for traction.
  • the inverter converts the direct current of the traction intermediate circuit into the three-phase current required by a traction motor, usually designed as a three-phase machine, or by several traction motors of the traction units.
  • the drive pulse inverter converts the direct voltage of the intermediate circuit into a three-phase voltage of variable amplitude, frequency and phase for the three-phase machine (asynchronous or synchronous motor) and regulates this in terms of speed and torque.
  • the lever device of the DC current collector is mechanically coupled to the contact arm and designed to actuate the contact arm to carry out a combined pivoting and translational movement of the contact arm to contact the contact arm with a busbar and to decontact the contact arm from the busbar.
  • the lever device has a plurality of levers with which the position and orientation of the contact arm can be controlled.
  • the positively polarized contact element of the DC current collector according to the invention is electrically connected to a current receiving line.
  • the current receiving line is arranged between the positively polarized contact element of the current collector and a current input of the traction converter device of the rail vehicle.
  • the negatively polarized contact element of the DC current collector according to the invention is electrically connected to a current output line.
  • the current output line is connected between the negatively polarized contact element and a current output of the traction converter device of the rail vehicle.
  • the current receiving line and the current output line are arranged and designed in pairs.
  • a paired arrangement of two lines is to be understood as an arrangement of these lines arranged spatially close to one another, such that the area spanned by the lines is small or almost completely disappears in comparison to conventional arrangements of the lines. Typical distances for paired cables are in the range of 200 mm to 500 mm .
  • the contact elements of the DC current collector according to the invention are preferably designed in such a way that the strong currents occurring during the charging process can be withstood without damage in order to enable charging with higher current intensities, in contrast to conventional rail vehicles.
  • the DC collector is advantageously adapted to a multi-pole, preferably two-pole direct current transmission.
  • the paired routing of the power supply avoids a critical current transfer at the wheels, rails and ground brushes of a rail vehicle. This improves electromagnetic compatibility.
  • the paired routing of the power input line and the power output line or grounding line avoids magnetic fields in the area of the driver's cab and on the outside of the rail vehicle. By avoiding ground currents via the wheels and rails, signaling systems are also significantly less disrupted.
  • the paired current routing allows a potential-free energy feed. This makes ground fault monitoring in the power circuit possible.
  • An earth fault of a consumer connected to the traction intermediate circuit does not immediately lead to a short circuit because the direct current is no longer returned via the wheels, but via the negatively polarized contact element on the contact arm of the DC collector. Avoiding such a short circuit is essential, especially for safe operation of the traction battery.
  • the busbars to be contacted by the DC current collector during a charging process can be designed with an additional length in the longitudinal direction. This makes it easy to position a rail vehicle in the direction of travel without additional equipment. In the event of accidental Driving over the ends of the charging area and therefore the ends of the conductor rails does not cause any damage, which is particularly advantageous compared to the conventional use of a plug-in device or the conventional use of fixed current collectors.
  • the correct polarity for the contact between the current collector and the conductor rail is always specified, regardless of the direction of travel. This eliminates the need for detection devices or switching devices in the rail vehicle.
  • the conductor rails contacted by the DC current collector can be permanently energized because they are located above the rail vehicle and can only be reached by starting up the rail vehicle and extending the current collector. This means that communication between the rail vehicle and a stationary charging device in order to switch on the charging device is not necessary.
  • the specific arrangement of the contact elements and the ability of the contact arm to pivot transversely to the direction of travel and the longitudinal direction make it possible to create an arrangement of conductor rail elements of different polarity that is symmetrical to the vertical center plane of the rail vehicle oriented in the longitudinal direction, and the direction of travel of the rail vehicle is not important for their contact.
  • the symmetrical arrangement also means that two DC collectors can be used simultaneously, which contact the conductor rail elements from different sides.
  • the charging current can therefore be doubled compared to using just one DC collector if the DC collectors are arranged in mirror image to the vertical center plane of the vehicle's longitudinal axis and are preferably slightly offset in the longitudinal direction, so that the conductor rail is accessible from two sides.
  • the space required by the DC collector according to the invention in the longitudinal direction of the rail vehicle is reduced compared to conventional current collectors that are arranged in the longitudinal direction.
  • the rail vehicle according to the invention has the DC current collector according to the invention.
  • the DC current collector according to the invention is arranged transversely to the longitudinal axis of the rail vehicle in such a way that the pivot axes of the DC current collector are oriented parallel to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the rail vehicle comprises a traction converter device and a current receiving line and a current output line.
  • the current receiving line and the current output line are arranged in pairs and connected between the DC current collector and the traction converter device.
  • the current receiving line is connected between a positively polarized contact element of the current collector and an input of the traction converter device.
  • the current output line is connected between a negatively polarized contact element of the current collector and an output of the traction converter device.
  • the installation of a power output line and its return to the DC current collector allows the current to be returned via the DC current collector to a charger and the traction converter device to be earthed via the current collector of the rail vehicle according to the invention, whereby temperature-related wear on the earth contacts and the wheelset shafts and at the wheel-rail transition can be avoided.
  • the busbar according to the invention has a mast, which is preferably mounted on a base. Such a base can be arranged, for example, on the floor or a wall. Furthermore, the busbar according to the invention comprises a busbar holder, which is arranged on the mast. In addition, the busbar according to the invention has at least one first busbar element arranged at a first height position on the busbar holder and at least one second conductor rail element arranged at a second height position, which is different from the first height position, on the conductor rail holder.
  • the conductor rail elements are arranged like an overhead line at a suitable height position which is located above a rail vehicle in the longitudinal vertical center plane of the rail vehicle or slightly offset to the right and left of the vertical center plane.
  • the busbar according to the invention preferably has exactly two busbar elements arranged opposite one another at a first height position on the busbar holder for contacting a contact element of a current collector with a first polarity and exactly two second busbar elements arranged opposite one another at a second height position on the busbar holder for contacting a contact element of a current collector with a second polarity. Because the first and second busbar elements are arranged at different height positions, they can be contacted simultaneously from the side with the direct current collector according to the invention. If the first and second busbar elements are each double and oriented opposite one another in the transverse direction, two direct current collectors can be contacted simultaneously with one busbar and thus twice the amount of current can be transmitted in comparison to using just one current collector in charging mode. In addition, if the conductor rail elements are designed in duplicate, traction batteries of rail vehicles which approach the conductor rail according to the invention from different directions can also be electrically charged via one and the same conductor rail.
  • the stationary charging system according to the invention comprises a stationary two-pole or bipolar charger with a positive pole and a negatively polarized earth connection and a power supply line system with a positively polarized power supply line and a negatively polarized ground line.
  • the stationary charging system according to the invention comprises a busbar according to the invention, which is electrically connected to the stationary bipolar charger.
  • the two lines of the power supply line system are positioned such that the positively polarized power supply line of the charging system is electrically connected to a positively polarized contact element of the busbar according to the invention and the negatively polarized grounding line can be contacted with a negatively polarized contact element of the rail vehicle for power output of the rail vehicle.
  • a rail vehicle with a multi-pole current collector can be supplied with electrical current and the return current can be diverted via the power supply line system. This ensures that the charging and return of the charging current within the rail vehicle can take place via paired power lines, thus avoiding a large-area conductor loop and corresponding strong magnetic fields. Furthermore, it is achieved that in the stationary state during a charging process, a return current from a traction converter device of a rail vehicle supplied with charging current is guided back via the current collectors, thus protecting the earth contacts of the protective earthing and the wheel set shafts and the wheel-rail transition during a charging process.
  • the use of a conductor rail with conductor rail contact elements arranged vertically offset from one another allows contact to be made with the conductor rail of the charging system according to the invention regardless of the direction of travel of the rail vehicle in question.
  • the charging system according to the invention also has the advantages of the conductor rail according to the invention.
  • a lever device of the inventive DC current collector which is mechanically coupled to a contact arm of the DC current collector according to the invention. Furthermore, a combined pivoting and translational movement is carried out by the contact arm for contacting the contact arm with a busbar or for decontacting the contact arm from the busbar by actuating the lever device.
  • the contact arm is moved from a substantially horizontal position on the base of the DC current collector to a vertical position at the height of the busbar, so that the two contact elements of the DC current collector are brought into electrical contact with the two busbar elements of the busbar.
  • a reverse movement takes place, i.e. the contact arm is moved from the vertical position on the conductor rail to an essentially horizontal position on the base of the DC current collector.
  • contacting a conductor rail can be carried out virtually during ongoing operation and, if the conductor rail is designed accordingly, also from different directions of travel and without additional measures by the train driver. Decontacting can also be carried out automatically, for example, when the rail vehicle starts moving, whereby the process can take place without any human intervention.
  • the method according to the invention for contacting or decontacting a conductor rail is carried out by the rail vehicle or by a direct current collector according to the invention of the rail vehicle. Furthermore, a traction battery of the rail vehicle is charged by a charging current which flows via an electrical contact between the direct current collector of the rail vehicle and the conductor rail of the stationary charging system. Finally, the current collector is decontacted from the conductor rail by applying the method according to the invention for contacting or decontacting a conductor rail to decontact the direct current collector of the rail vehicle from the conductor rail of the stationary charging system.
  • the charging process according to the invention takes place stationary and advantageously without the activities of additional personnel, so that the charging process can take place particularly efficiently during regular stop times.
  • the contact elements each have:
  • the insulator prevents the contact elements from short-circuiting with one another or the charging current from jumping to mechanical components of the DC current collector.
  • the spring elements allow tolerances to be compensated for when contacting a busbar.
  • the contact plates are preferably made from a particularly conductive material and are designed to be as large as possible and to correspond to the surface of the busbar elements in order to enable low-loss electrical contact between the DC current collector and a busbar and the transmission of strong electrical currents between the DC current collector and the busbar.
  • the contact arm of the DC current collector according to the invention preferably comprises a contact arm frame which has a support structure for the contact elements and a contact arm cabling of the contact elements.
  • the contact arm cabling supplies the charging current received via the contact elements to the rail vehicle and the return current from the rail vehicle to the contact elements.
  • the arrangement and shape of the contact arm frame and the arrangement of the contact elements on the contact arm frame allow an exact positioning of the contact elements relative to the corresponding busbar elements, so that a transmission of a charging current between a busbar and a rail vehicle is made possible.
  • the DC current collector according to the invention preferably comprises a pivot bearing on the contact arm side between the contact arm and the lever device.
  • the pivot bearing on the contact arm side allows the contact arm to be pivoted and the height and orientation of the contact arm to be adjusted to the positions and orientations of the busbar elements to be contacted.
  • the DC collector according to the invention also preferably has a sliding piece for current transmission via the first pivot bearing.
  • the sliding piece is used to bridge the pivot bearing on the contact arm side by the charging current or the return current.
  • Such a sliding piece is particularly effective in the case of pronounced angle changes between components of the lever device and the contact arm.
  • the grinding piece has a grinding saddle which is firmly connected to the contact arm, and a grinding disk which is movable relative to the grinding saddle and which is firmly connected to the lever device or a pivot axis of the lever device.
  • the grinding saddle has a smooth surface which can be moved by means of small springs. Elements are pressed against the grinding wheel. The grinding wheel rotates during a change in the angle between components of the lever device and the contact arm in the grinding saddle and constantly maintains electrical contact with the grinding saddle.
  • the lever device has an upper lever and a lower lever.
  • the two levers are pivotally connected to the base about an axis oriented parallel to the longitudinal axis of the rail vehicle via pivot bearings on a base-side end of the respective levers and are pivotally connected to the contact arm via pivot bearings on a contact arm-side end of the respective levers.
  • the levers can be used to implement different positions and orientations of the contact arm, in particular a lower end position of the contact arm for carrying the DC current collector during travel and an upper end position of the contact arm for charging, and to switch between these end positions.
  • the base-side pivot bearing of the upper lever is arranged at a higher level than the base-side pivot bearing of the lower lever.
  • the upper lever can advantageously be positioned in an almost horizontal position above the lower lever in the lower end position of the contact arm. This makes it easier to "fold in” the individual mechanical components in the lower end position of the DC current collector.
  • the lower lever has two parallel lower lever arms which are pivotably connected to opposite sides of the base about a longitudinal axis and are pivotably connected to the contact arm about a longitudinal axis by a common pivot bearing.
  • the lower lever arms and the upper lever engage at different points of the contact arm.
  • the contact arm-side end of the lower lever is pivotally connected to the lever-side end of the contact arm and the contact arm-side end of the upper lever is connected to a position on the contact arm that is offset from the lever-side end of the contact arm, so that pivoting one of the two levers not only changes the position of the contact arm, but also "raises” the contact arm to a vertical position in the upper end position or, conversely, "folds" the contact arm from the upper end position to the lower end position.
  • the lever device of the DC current collector according to the invention is therefore preferably designed to move the contact arm into a vertical position when contacting a busbar, such that the two contact elements contact two busbar elements arranged one above the other.
  • the vertical arrangement of the busbar elements one above the other has the advantage that the busbar can be contacted on both sides, which enables approaching from different directions of travel and simultaneous contacting of the busbar from both sides.
  • the contact elements of the DC collector are designed to be temperature-resistant.
  • the temperature resistance can be achieved by the contact elements having a large contact surface, so that the electrical current density in the contact area is reduced.
  • the contact surface of the contact elements can be adapted to the shape of the busbar in order to increase the contact surface and improve the contact.
  • a material with high electrical conductivity is preferably used for the contact elements in order to reduce the dissipation caused by the current flow.
  • a material which has high thermal conductivity is preferably used for the contact elements in order to reduce the thermal conductivity caused by the current flow. To dissipate heat quickly and thus avoid temperature-related damage.
  • the rail vehicle according to the invention preferably has a protective earthing of the vehicle structure of the rail vehicle via the wheels to the running rails, which is electrically separated from the traction converter device. Return currents of the charging current advantageously do not flow via the running rails, so that temperature-related wear on the earth contacts and the wheel set shafts and at the wheel-rail transition can be avoided.
  • the DC current collector or a control device of the DC current collector is designed to automatically change from the contact position with the power supply line system to a decontacted rest position when the rail vehicle is started, in order to prevent damage to the current collector or the conductor rail.
  • the conductor rail is preferably designed as an overhead line.
  • Such an arrangement of the power supply line can be useful because a charging process can be started automatically by lifting the pantograph and contacting the overhead line, and can be ended by retracting the pantograph without a person having to connect or disconnect an infrastructure-side charging device to the rail vehicle.
  • An overhead line also offers a high level of safety for staff and passengers because they are sufficiently far away from the overhead line and are therefore not endangered by the charging current.
  • Thicker line sections designed as rails are preferably used as overhead lines.
  • the busbar elements with different polarity are dimensioned differently in the transverse direction.
  • the contact areas of the busbar elements are positioned offset in the transverse direction so that water dripping down from the upper busbar element or ice hanging down cannot impair the busbar element underneath or its contacting function.
  • FIG 1 is a schematic representation of a charging scenario for electrically charging a traction battery of a rail vehicle with a conventional stationary charging system
  • FIG 2 is a schematic representation of a cable routing and a current flow in the charging scenario shown in FIG 1,
  • FIG 3 is a schematic representation of a charging scenario for electrically charging a traction battery of a rail vehicle with paired cable routing of the power supply and the power return,
  • FIG 4 is a perspective view of a DC current collector according to an embodiment of the invention on a rail vehicle roof
  • FIG 5 is a schematic front view of a busbar according to an embodiment of the invention.
  • FIG 6 is a front view of a DC current collector according to an embodiment of the invention.
  • FIG 7 is a perspective view of a DC current collector according to an embodiment of the invention
  • FIG 8 a front view of an ensemble of a DC current collector and a busbar at the beginning of a contacting process
  • FIG 9 is a front view of the assembly shown in FIG 8 at the stage of approach of the DC collector to the conductor rail,
  • FIG 10 is a front view of the assembly shown in FIG 8 and FIG 9 after electrical contact has been made
  • FIG 11 a sectional view of an ensemble of a conductor rail and a DC collector with linear drive
  • FIG 12 a sectional view of an ensemble of a conductor rail and a DC collector with rotary drive
  • FIG 13 is an enlarged front view of a section of a DC current collector with mechanical and electrical components
  • FIG 14 is a perspective view of the DC collector shown in FIG 13,
  • FIG 15 is a perspective view of a section of a DC current collector with a contact piece for current transmission
  • FIG 16 is a perspective view of a conventional DC current collector and a current collector according to an embodiment of the invention for comparison
  • FIG 17 is a flow chart illustrating a method for contacting or decontacting a busbar according to an embodiment of the invention
  • FIG 18 is a flow chart illustrating a method for carrying out a charging process for a rail vehicle according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a charging scenario for electrically charging a traction battery of a rail vehicle 1 with a conventional charging system 10.
  • FIG. 1 shows two scenarios simultaneously in which a rail vehicle 1 has approached a charging point or a conventional stationary charging system 10 with a stationary charging device 7 from different directions on a rail system with running rails 3.
  • the left half of FIG. 1 shows a rail vehicle 1 that was traveling from right to left on the rail system
  • the right half of FIG. 1 shows a rail vehicle 1 that was traveling from left to right on the rail system.
  • a traction battery of the respective rail vehicle 1 is charged by the stationary charging device 7, which sends direct electrical current via a charging line 2a to a power supply line 2, which is designed as an overhead line.
  • the charging current of the stationary charger 7 is transported to the rail vehicle 1 via the power supply line 2 designed as an overhead line, where it is received by a current collector 4 via sliding contacts (not shown) which are arranged on a so-called pallet of the current collector 4.
  • the positive potential of the supplied direct current is symbolized in FIG. 1 with a plus sign, which is shown both on the power consumption line of the rail vehicle 1 at the current collector 4 and on the power supply line 2 of the overhead line.
  • the running rails 3 are provided as return conductors and are symbolized with a minus sign.
  • the returned direct current is fed back to the stationary charger 7 via the running rails 3 and an earthing line 3a.
  • the power supply line 2 and the running rails 3 are designed as single-pole conducting elements.
  • the current collectors 4 are also designed as single-pole, centrally arranged current collectors.
  • FIG 2 shows a schematic representation 20 of a cable routing and a current flow in the charging scenario shown in FIG 1.
  • FIG 2 shows how the charging current is conducted via the power supply line 2 to the current collector 4 of the rail vehicle 1 and from there via a current consumption line 4c in the form of a feed line to a traction converter device 8 of the rail vehicle 1 and to the traction accumulator 6.
  • a return conductor 5a also leads from the traction converter device 8 to a combined protective and operational earth 5b, which hard earths the part of the intermediate circuit ZK of the traction converter device 8 that is at the negative potential.
  • the earthing is also continued via the wheels 5c of the rail vehicle 1 to the running rails 3.
  • the running rails 3 are also earthed.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a stationary charging system 30 for electrically charging a traction battery 6 of a rail vehicle 1 with a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention.
  • the representation shown in FIG. 3 differs significantly in several respects from the representation shown in FIG. 2.
  • the charging system 30 according to the invention shown in FIG. 3 has an overhead line system with a power supply line 2 and two return lines 3b, wherein in the side view in FIG 3 only one of the two return lines 3b can be seen.
  • the rail vehicle 1 also comprises a current receiving line 4c and a current output line 4d.
  • the current receiving line 4c runs between a positively polarized contact element 122 (see FIG 4) of the DC current collector 100 of the rail vehicle 1 and a current input 8a of the traction converter device 8.
  • the current output line 4d runs between a current output 8b of the traction converter device 8 and a negatively polarized contact element 123 (see FIG 4), i.e. the earthing contact or the contact of the DC current collector 100 for the current return.
  • the earthing or return of the direct current from the traction converter device 8 therefore does not take place via a protective earthing 5d to the running rails 3, but via the overhead line system.
  • the area is essentially reduced to a partial area of the traction converter device 8. This avoids exposure of areas where people in the rail vehicle 1 are to a magnetic field.
  • the protective earthing 5d is separated from the traction converter device 8.
  • FIG. 4 shows a perspective view 40 of a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention on a rail vehicle roof 1a, wherein the DC current collector 100 contacts a busbar 200 for a charging process.
  • the DC current collector 100 is not rotated around a transverse axis to contact the busbar 200, unlike conventional methods, but pivoted about an axis which is arranged parallel to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the contact elements 122, 123 arranged on a contact arm 120 of the DC current collector 100 are thus arranged one above the other in the upper end position of the contact arm 120 of the DC current collector 100 and directed towards two busbar elements 230, 240 of the busbar 200 with different polarity.
  • FIG. 4 shows a perspective view 40 of a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention on a rail vehicle roof 1a, wherein the DC current collector 100 contacts a busbar 200 for a charging process.
  • the DC current collector 100 is not rotated around a transverse axis to contact the busbar 200
  • the busbar elements 230, 240 with different polarity are each designed twice, opposite one another, so that a rail vehicle 1 coming from both directions can contact the busbar 200 with its DC current collector 100 or a single rail vehicle 1 with two DC current collectors arranged in opposite directions can contact the same busbar 200.
  • the two DC current collectors 100 are arranged slightly offset in the longitudinal direction so that they do not collide with one another.
  • the conductor rail 200 is designed to be sufficiently long so that the two offset DC current collectors 100 can contact the conductor rail 200 simultaneously from different sides.
  • the conductor rail 200 also comprises a mast 210 and a conductor rail holder 220 for positioning the conductor rail elements 230, 240 above a rail vehicle 1.
  • FIG. 5 shows a schematic front view of a busbar 200 according to an embodiment of the invention. Due to the need to keep the positive and negative poles close together when supplying power to the land-side busbar 200, the land-side busbar 200 has two poles.
  • the busbar 200 comprises a mast 210 and a busbar holder 220 on which busbar elements 230, 240 are arranged.
  • FIG. 5 shows two busbar elements 230 with positive polarity and two busbar elements 240 with negative polarity.
  • the busbar elements 230, 240 are electrically insulated from the busbar holder 220 by insulators 250.
  • the busbar 200 is thus arranged above a rail track. (not shown) positioned so that the center of the conductor rail holder 220 lies in the vertical center plane in the longitudinal direction of a rail vehicle positioned on the rail track.
  • the two busbar elements 230 with positive polarity and the two busbar elements 240 with negative polarity are therefore arranged symmetrically to the longitudinally aligned vertical center plane of the vehicle. This ensures that the DC current collector 100 (see FIG. 4) can contact the land-side busbar elements 230, 240 with the appropriate contact elements 122, 123 regardless of the direction of travel.
  • two DC current collectors 100 can be used simultaneously for very high charging power requirements of a rail vehicle, with one contacting the land-side busbar 200 from the left and the other from the right. In this way, the strength of the charging current can be doubled.
  • busbar elements 230, 240 of different polarity are not arranged exactly one above the other in the transverse direction, but are slightly offset from one another, so that in the event of ice formation, an ice plug or the like is prevented from bridging the positive and negative poles and thus causing a short circuit.
  • FIG. 6 shows a front view of a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention.
  • the DC current collector 100 can be considered as a kinematic construction.
  • the DC current collector 100 comprises a frame 110 which is firmly connected to a rail vehicle roof 1a (see FIG. 4 and FIG. 16).
  • the DC current collector 100 also comprises a lever device 11 which has an upper lever 130 and a lower lever 140.
  • the DC current collector 100 comprises a contact arm 120 shown in the upper part of the illustration in FIG. 6, which comprises contact elements 122, 123 for electrically contacting a busbar 200.
  • the upper lever 130 and the lower Levers 140 are connected to the frame 110 via pivot bearings (see FIG.
  • the upper lever 130 and the lower lever 140 are connected to the contact arm 120 via a pivot bearing (see FIG. 7) so that they can pivot about a horizontal pivot axis running in the longitudinal direction of the rail vehicle.
  • An electrical contact between the contact arm 120 and the upper lever 130 is established via a sliding piece 150.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows all of the pivot bearings of the DC current collector 100.
  • a base-side pivot bearing 161 of the lower lever 140 which is shown in the lower part of FIG. 7, is formed between the frame or the base 110 and the lower lever 140.
  • a base-side pivot bearing 162 of the upper lever 130 which is shown in the bottom right of FIG. 7, is formed between the frame 110 and the upper lever 130.
  • the base-side pivot bearing 162 of the upper lever 130 is arranged slightly higher than the base-side pivot bearing 161 of the lower lever 140 on a base which is part of the frame 110.
  • a contact arm-side pivot bearing 163 of the lower lever 140 is formed between the lower lever 140 and the contact arm 120 and is shown in FIG. 7 in the middle of the illustration.
  • a contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130 which is shown in FIG. 7 above the contact arm-side pivot bearing 163 of the lower lever 140, is arranged between the upper lever 130 and the contact arm 120.
  • the contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130 unlike the contact arm-side pivot bearing 163 of the lower lever 140, is not attached directly to the end of the contact arm 120, but rather slightly further away from the contact elements 122, 123 on the contact arm 120.
  • FIG. 8 to 10 show a series of images that illustrate a process of contacting a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention with a busbar 200 according to an embodiment of the invention.
  • the series of images shows the DC current collector 100 being raised from the lower end position (see FIG. 8) via an intermediate state (see FIG. 9) to the upper end position (see FIG. 10).
  • FIG 8 shows a front view of an ensemble 80 of a DC current collector 100 and a conductor rail 200 in the lower end position or end position at the beginning of a contacting process.
  • the DC current collector 100 lies folded up on the roof of a rail vehicle (not shown).
  • the lower lever 140 and the upper lever 130 as well as the contact arm 120 of the DC current collector 100 lie almost horizontally one above the other.
  • the DC current collector 100 has only a slight height.
  • the clearance profile of a rail vehicle can be maintained or reduced, which can be relevant in particular when driving through tunnels or similar.
  • FIG. 9 shows a front view of the assembly 80 shown in FIG. 8 in the stage of the DC current collector 100 approaching the busbar 200.
  • the contact arm 120 as well as the upper lever 130 and the lower lever 140 are positioned diagonally to the busbar holder 220 of the busbar 200.
  • FIG. 10 shows a front view of the assembly 80 shown in FIG. 8 and FIG. 9 after electrical contact has been made between the DC current collector 100 and the busbar 200.
  • the contact elements 122, 123 of the DC current collector 100 are in electrical contact with the busbar elements 230, 240 of the busbar 200.
  • the contact arm 120 of the DC current collector 100 is oriented vertically for this purpose.
  • FIG. 11 shows a sectional view of an assembly 80 of a DC current collector 100 and a busbar 200, wherein the DC current collector 100 has a linear drive 410.
  • the lower end of the contact arm 120 is displaced by the linear drive.
  • a triangle is formed, the legs of which are formed by the linear drive 410 and the lower lever 140.
  • Such a linear drive 410 can have a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder and/or an electric linear motor. As is usual in the explanation of the figures, the type of drives mentioned is only intended to be exemplary and in no way restrictive.
  • FIG. 12 shows a sectional view of an ensemble 80 of a DC current collector 100 and a conductor rail 200, wherein the current collector 100 has a rotary drive 420.
  • a rotary drive can have an electric motor, a rotary hydraulic motor or a rotary pneumatic motor. Furthermore, it can comprise elements for transmitting the rotary movement, such as a chain, a toothed belt 430, gears or the like.
  • FIG 13 shows an enlarged front view of a section of a DC current collector 100 which includes the contact arm 120.
  • FIG 13 shows mechanical and electrical components which are required to conduct an electrical charging current.
  • the contact arm 120 has a contact arm frame 121 as the main mechanical element, on which a plurality of further mechanical and electrical components are arranged.
  • the two contact elements 122, 123 of different polarity are arranged on the contact arm frame 121.
  • the two contact elements 122, 123 each have wells contact plates 122a, 123a, which are mechanically coupled to the contact arm frame 121 by spring elements 124 and electrically separated from the contact arm frame 121 by insulators 250.
  • the spring elements 124 are required to compensate for tolerances in the transverse direction of the vehicle, in particular assembly tolerances, track position tolerances and transverse play. Furthermore, the spring elements 124 are used to set a certain contact force for the contact elements 122, 123.
  • the contact elements 122, 123 have copper plates or other electrically conductive materials as contacts, which provide sufficient surface area so that the necessary charging current can be transmitted.
  • the contact elements 122, 123 are dimensioned such that all vertical tolerances, in particular assembly tolerances, track position tolerances and all tolerances from the car body, can be compensated by the contact surfaces between the contacts or contact elements of the contact arm 120 and the contacts or the busbar elements 230, 240 of the busbar 200.
  • the contact elements 122, 123 have connection points for a contact arm wiring 125, which can conduct strong direct currents.
  • the DC current collector 100 has a sliding piece 150 on the contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130, with which the charging current can be transferred from the wiring 125 of the contact arm 120 to a wiring 132 of the upper lever 130. The current is then passed on from the wiring 132 of the upper lever 130 in the direction of the rail vehicle.
  • the upper lever 130 has an upper lever frame 131 on which the wiring 132 of the upper lever 130 is arranged.
  • FIG. 14 shows a perspective view of the DC current collector 100 shown in FIG. 13, wherein the DC current collector 100 is just contacting a busbar 200.
  • FIG. 15 shows an enlarged perspective view of a section of a current collector 100 with a sliding piece 150 for transmitting current between the contact arm 120 and the upper lever 130.
  • the sliding piece 150 comprises a sliding saddle 151, which is mechanically connected to the contact arm 120 and follows the movements of the contact arm 120.
  • the sliding piece 150 comprises a sliding disk 152, which is mechanically connected to the contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130 and is electrically connected to the wiring 132 of the upper lever 130.
  • the sliding saddle 151 comprises a flat electrical contact with the sliding disk 152, which also remains during a pivoting movement about the contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130.
  • Spring-loaded graphite pieces or spring-loaded brushes for contact transmission can be integrated in the sliding saddle 151.
  • the DC current collector 100 comprises a separate sliding piece for each of the two contact elements 122, 123 of different polarity. These sliding pieces 150 (only one is shown) are arranged on opposite sides of the contact arm-side pivot bearing 164 of the upper lever 130. The sliding pieces 150 are required because when the DC current collector 100 is extended and retracted, the contact arm 120 performs a large angular movement relative to the upper lever 130.
  • Both the grinding saddle 151 and the grinding wheel 152 are separated from supporting structures via insulators 250.
  • FIG. 16 shows a perspective view of a conventional current collector 4 and a direct current collector 100 according to an embodiment of the invention for comparison purposes.
  • the space required in the longitudinal direction LR of the vehicle is much smaller for the direct current collector 100 according to the invention on the right in the illustration than for the conventional current collector 4 on the left in the illustration.
  • FIG 17 shows a flow chart 1700 which illustrates a method for contacting or decontacting a busbar 200 by a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention.
  • step 17.1 the contact arm 120, which is initially in a lower end position as shown in FIG. 8, is actuated via levers 130, 140 by a linear motor 410, which is mechanically coupled to a contact arm 120 of a DC current collector 100 according to an embodiment of the invention.
  • the contact arm 120 carries out a combined pivoting and translational movement in step 17.11 until it has arrived at an upper end position (see FIG. 10), in which the contact elements 122, 123 of the contact arm 120 of the DC current collector 100 contact the busbar elements 230, 240 of the busbar 200.
  • FIG 18 shows a flow chart 1800 which illustrates a method for carrying out a charging process for a rail vehicle 1 with a stationary charging system 30 according to an embodiment of the invention.
  • step 18.1 the method according to the invention for contacting a busbar 200 of a stationary charging system 30 by a current collector 100 according to the invention is carried out with steps 17.1, 17.11, as already illustrated in FIG. 17.
  • step 18.11 a traction battery 6 of the rail vehicle 1 is charged by a charging current I, which flows via the contact 122, 240 between the current collector 100 and the conductor rail 200.
  • step 18. III the current collector 100 is decontacted from the busbar 200 by applying the inventive method for decontacting a busbar 200 of a stationary charging system 30.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Gleichstromabnehmer (100) für ein Schienenfahrzeug (1) beschrieben. Der Gleichstromabnehmer (100) für ein Schienenfahrzeug (1) weist eine Basis (110), eine auf der Basis (110) angeordnete Hebeleinrichtung (11) mit einer Schwenk- und Translationsfunktion und einen Kontaktarm (120) auf. Der Kontaktarm (120) ist mit der Hebeleinrichtung (11) schwenkbar gekoppelt und weist ein positiv gepoltes Kontaktelement (122) zur Stromaufnahme und ein in Längsrichtung dazu versetztes und zu dem positiv gepolten Kontaktelement (122) parallel orientiertes, negativ gepoltes Kontaktelement (123) zur Stromabgabe auf. Der Kontaktarm (120) und die Hebeleinrichtung (11) weisen zueinander parallele horizontale Schwenkachsen auf, welche quer zur Längsrichtung des Kontaktarms (120) verlaufen. Zudem wird ein Schienenfahrzeug (1) beschrieben. Es wird auch eine Stromschiene (200) beschrieben. Außerdem wird ein Ladesystem (30) beschrieben. Ferner wird ein Verfahren zum Kontaktieren und Dekontaktieren einer Stromschiene (200) durch ein Schienenfahrzeug (1) beschrieben. Überdies wird ein Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug (1) mit einem stationären Ladesystem (30) beschrieben.

Description

Beschreibung
Gleichstromabnehmer für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betri f ft einen Gleichstromabnehmer für ein Schienenfahrzeug . Der Gleichstromabnehmer wird zum Kontaktieren einer Stromschiene , welche elektrisch mit einem Ladegerät verbunden ist , für einen Ladevorgang zum Aufladen eines Traktionsakkumulators eines Schienenfahrzeugs eingesetzt . Weiterhin betri f ft die Erfindung auch ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmer . Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Stromschiene , welche ebenfalls bei einem solchen Ladevorgang zum Einsatz kommt . Außerdem betri f ft die Erfindung ein stationäres Ladesystem . Zudem betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene . Außerdem betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug mit einem stationären Ladesystem .
Häufig werden bisher für den Betrieb auf nicht elektri fi zierten Schienenabschnitten dieselgetriebene Lokomotiven verwendet , die nicht besonders umweltfreundlich sind . Insbesondere aus Umweltschutzgründen gibt es Überlegungen, mit Akkumulatoren ausgerüstete Schienenfahrzeuge auf nicht elektri fi zierten Strecken einzusetzen .
Akkumulatoren, im Folgenden auch als Traktionsbatterien oder Traktionsakkumulatoren bezeichnet , müssen von Zeit zu Zeit elektrisch aufgeladen werden . Dieser Ladevorgang erfolgt vorzugsweise im Stillstand eines Schienenfahrzeugs . Für den Ladevorgang kontaktiert das Schienenfahrzeug über einen Stromabnehmer eine Stromversorgungsleitung, die mit einer orts festen Gleichspannungsquelle elektrisch verbunden ist . In FIG 1 ist ein solches S zenario gezeigt .
Aufgrund der hohen Ladeleistung werden für den Ladevorgang starke DC-Ströme genutzt . Diese starken Ströme verursachen allerdings Probleme an allen Kontaktstellen, was dadurch noch verschärft wird, dass sich das Schienenfahrzeug bei dem Ladevorgang nicht bewegt . Denn aufgrund des fehlenden Ortswechsels kommt es an den Kontaktstellen zwischen dem Stromabnehmer und der Stromversorgungsleitung, zwischen den Erdkontakten und den Radsatzwellen und am Übergang Rad-Schiene zu einer ausgeprägten Temperaturerhöhung . Diese Temperaturerhöhung kann zu erhöhtem Verschleiß der betrof fenen Komponenten führen, wodurch die Wartung intensiviert werden muss .
Ein zweites problematisches Phänomen besteht darin, dass die starken DC-Ströme in Bereichen, in denen der zufließende Strom nicht durch einen parallel geführten Leiter, der den Rückstrom führt , kompensiert wird, unzulässig hohe DC-Ma- gnetfelder verursachen . Insbesondere Personen mit elektrisch betriebenen Implantaten, wie zum Beispiel Herzschrittmachern, sind dadurch gefährdet . Daher sollten Bereiche , in denen sich derartige Personen möglicherweise aufhalten könnten, von solchen starken Magnetfeldern frei sein . Diese von einzelnen Leitern erzeugten Magnetfelder lassen sich nur mit immensem Aufwand groß flächig abschirmen . In FIG 2 ist eine schematische Darstellung eines Ladestromkreises gezeigt , wobei zu erkennen ist , dass bei einer herkömmlichen Anordnung ein Stromleiter für einen Ladestrom eine sehr ausgedehnte Leiterschlei fe aufspannt , innerhalb derer sich auch das Personal zum Steuern des Schienenfahrzeugs befindet und somit von den in diesem Bereich auftretenden Magnetfeldern möglicherweise beeinträchtigt werden könnte .
Herkömmlich werden niedrige Grenzwerte für Stromstärken von Ladeströmen für einen Ladevorgang im Stand festgelegt , um starke Magnetfelder zu verhindern . Auf diese Weise können reguläre Stromübertragungselemente eines elektrischen Schienenfahrzeugs hierfür eingesetzt werden . Bei der herkömmlichen Stromzuführung erfolgt eine Stromzuführung über eine Oberleitung oder eine dritte Schiene bzw . eine Stromschiene und eine Ableitung bzw . Erdung erfolgt über die Räder an die Fahrschienen . Die erwähnten niedrigen Grenzwerte für die Stromstärken der Ladeströme betragen allerdings den Bruchteil der Stromstärken der bei Fahrt übertragbaren Ströme . Mithin ist diese Art der Energieübertragung ebenfalls auf einen Bruchteil der maximalen Traktionsleistung eines Schienenfahrzeugs beschränkt . Ein Auf laden einer Traktionsbatterie eines Schienenfahrzeugs unter Beachtung derartiger Limitierungen benötigt also sehr viel Zeit .
Es gibt auch Ladesysteme , bei denen eine spezielle Art der Steckverbindung genutzt wird . Bei der Anwendung einer Steckverbindung werden ähnlich wie bei Ladesystemen von Straßenfahrzeugen Ladestecker mit Leitungen verwendet , die kreisförmige Innenleiter, periphere I solatoren, konzentrische Rückleitungen um die I solatoren herum und eine Wasserkühlung um das Leitungssystem herum aufweisen, um große Wärmemengen abführen zu können und starke Ströme leiten zu können . Bei einer solchen Konstruktion werden Magnetfelder durch die gepaarte Anordnung von Zuleitung und Rückleitung beschränkt und es wird auch Kontaktsicherheit hergestellt . Allerdings liegt der Anwendungsbereich dieser Steckverbindungen eher im Bereich von Wartungseinrichtungen für Schienenfahrzeuge . Ein laufender Eisenbahnbetrieb mit regelmäßigen Ladephasen während planmäßiger Aufenthalte in Stationen bzw . Bahnhöfen ist mit derartigen Steckverbindungen j edoch nicht realistisch zu erreichen, da diese Konstruktion aufwändig ist und ein Einstecken und Lösen des Ladesteckers aus einer am Schienenfahrzeug installierten Steckdose erfordert und damit von der Handhabung her für einen laufenden Betrieb umständlich ist . Beispielsweise muss ein Zugführer aus seinem Schienenfahrzeug aussteigen und den Stecker vor dem Ladevorgang in die Steckdose seines Schienenfahrzeugs einstecken und nach dem Abschluss des Ladevorgangs wieder aus der Steckdose des Schienenfahrzeugs entfernen . Vergisst der Zugführer das Entfernen des Ladesteckers , so kann es unter Umständen beim Los fahren zu einer Beschädigung des Ladesystems kommen .
Das Problem der starken Magnetfelder im Schienenfahrzeug lässt sich durch konsequentes Parallel führen der Stromaufnah- meleitung der Stromabgabeleitung bei möglichst geringem Abstand lösen . Für eine solche Anordnung wird ein mindestens zweipoliger Stromabnehmer benötigt , der nicht nur den Ladestrom aufnimmt , sondern auch den Rückstrom an die Oberleitung zurückführt . Mithin verbleibt das Problem einer zuverlässigen verschleißarmen Kontaktierung der Oberleitung durch einen mindestens zweipoligen Stromabnehmer eines Schienenfahrzeugs , wobei die Kontaktierung auch unabhängig von der Fahrtrichtung durchführbar sein sollte .
Es besteht also die Aufgabe , ein zuverlässiges und verschleißarmes Aufladen einer Traktionsbatterie eines Schienenfahrzeugs mit einem mindestens zweipoligen Stromabnehmer zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird durch einen Gleichstromabnehmer für ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 , ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 11 , eine Stromschiene gemäß Patentanspruch 12 , ein stationäres Ladesystem gemäß Patentanspruch 13 , ein Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene gemäß Patentanspruch 14 und ein Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug mit einem stationären Ladesystem gemäß Patentanspruch 15 gelöst .
Der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer für ein Schienenfahrzeug, im Folgenden auch oft kurz als „Stromabnehmer" bezeichnet , weist eine Basis auf . Die Basis dient dazu, den Gleichstromabnehmer auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs zu befestigen . Insbesondere ist die Basis mit dem Schienenfahrzeug fest bzw . unverrückbar verbunden . Eine solche Basis umfasst bevorzugt einen Rahmen, besonders bevorzugt einen Metallrahmen, mit dem die übrigen Komponenten des Gleichstromabnehmers verbunden sind .
Der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer umfasst weiterhin eine auf der Basis angeordnete Hebeleinrichtung mit einer Schwenk- und Translations funktion . Wie später noch im Detail erläutert , weist die Hebeleinrichtung eine Mehrzahl von Hebeln auf , die mit der Basis schwenkbar verbunden sind .
Schließlich weist der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer einen Kontaktarm auf , welcher mit der Hebeleinrichtung schwenkbar gekoppelt ist und ein positiv gepoltes Kontaktelement zur Stromaufnahme und ein zu dem positiv gepolten Kontaktelement in Längsrichtung des Kontaktarms versetztes und zu dem positiv gepolten Kontaktelement parallel orientiertes , negativ gepoltes Kontaktelement zur Stromabgabe aufweist . Der Kontaktarm und die Hebeleinrichtung weisen zueinander parallele hori zontale Schwenkachsen auf , welche quer zur Längsrichtung des Kontaktarms verlaufen . Die Kontaktelemente sind vorzugsweise derart ausgerichtet , dass ihre Kontakt flächen quer zur Schwenkebene des Kontaktarms , bevorzugt senkrecht zur Schwenkebene des Kontaktarms , ausgerichtet sind .
In einer Phase , in der der Gleichstromabnehmer nicht benutzt wird, ist der Kontaktarm quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs in hori zontaler Position angeordnet . Weiterhin ist der Kontaktarm bei bestimmungsgemäßer Anordnung auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs um eine parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs orientierte Achse schwenkbar ausgestaltet . Die Kontaktelemente sind auf dem Kontaktarm nebeneinander bzw . in Längsrichtung des Kontaktarms verteilt in einem vorbestimmten Abstand angeordnet und bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Gleichstromabnehmers bzw . bei einer Kontaktierung einer Stromschiene quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs in hori zontaler Richtung ausgerichtet . Die beiden unterschiedlich gepolten Kontaktelemente des Gleichstromabnehmers sind gegeneinander elektrisch isoliert auf dem Kontaktarm des Gleichstromabnehmer angeordnet , um einen Kurzschluss zwischen den beiden Kontaktelementen zu vermeiden .
Der Kontaktarm des Gleichstromabnehmers ist also im Gegensatz zu Kontaktarmen herkömmlicher Stromabnehmer bei bestimmungsgemäßer Anordnung auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs nicht in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs , sondern in Querrichtung des Schienenfahrzeugs orientiert angeordnet . Wie später noch im Einzelnen erläutert , bringt diese neue Art der Anordnung mehrere Vorteile mit sich .
Der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer ist zum elektrischen Aufladen eines Traktionsakkumulators eines Schienenfahrzeugs im Ruhezustand des Schienenfahrzeugs ausgelegt . Als Traktionsakkumulator ist ein wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher zu verstehen, der im Zusammenwirken mit einer Traktionsstromrichtereinrichtung und insbesondere einem Traktions zwischenkreis eines Schienenfahrzeugs zur netzunabhängigen Versorgung von Traktionseinheiten und vorzugsweise der übrigen elektrischen Funktionseinheiten eines Schienenfahrzeugs eingesetzt wird . Ein solcher Traktionsakkumulator weist eine Viel zahl von parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulatorzellen auf und ist als Hochvolt-Batterie und für die Bereitstellung von starken elektrischen Strömen ausgebildet , um eine ausreichende Leistung für die Traktion des Schienenfahrzeugs bereitstellen zu können . Elektrische Spannungen von 400 Volt bis 1000 Volt sind hier übliche Batterie- Nennspannungen, um schwere Fahrzeuge , wie zum Beispiel Schienenfahrzeuge , antreiben zu können . Ein Traktionsakkumulator weist üblicherweise auch ein sogenanntes Batteriemanagementsystem auf , mit dem eine Überlastung einzelner Zellen bei der Energieentnahme vermieden wird . Die Traktionseinheiten umfassen Elektromotoren zum Antrieb der Antriebsräder des Schienenfahrzeugs . Zur Versorgung der Traktionseinheiten mit elektrischem Strom mit einer geeigneten elektrischen Spannung umfasst die Traktionsstromrichtereinrichtung den bereits erwähnten Traktions zwischenkreis .
Ein Traktions zwischenkreis ist Teil einer Traktionsstromrichtereinrichtung und hält Gleichstrom für unterschiedliche Einheiten eines Schienenfahrzeugs bereit . Ein solcher Traktions zwischenkreis weist für die Traktion meist auch einen Antriebspulswechselrichter auf . Ein solcher Antriebspulswech- selrichter wandelt den Gleichstrom des Traktions zwischenkreises in den von einem meist als Drehstrommaschine ausgebildeten Fahrmotor oder von mehreren Fahrmotoren der Traktionseinheiten benötigten Drehstrom um . Der Antriebspulswechselrichter wandelt im Traktionsbetrieb die Gleichspannung des Zwischenkreises in eine Drehspannung variabler Amplitude , Frequenz und Phase für die Drehstrommaschine (Asynchron- oder Synchronmotor ) und regelt diese hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment .
Wie bereits erwähnt , ist die Hebeleinrichtung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers mit dem Kontaktarm mechanisch gekoppelt und zum Betätigen des Kontaktarms zum Aus führen einer kombinierten Schwenk- und Translationsbewegung des Kontaktarms zum Kontaktieren des Kontaktarms mit einer Stromschiene und zum Dekontaktieren des Kontaktarms von der Stromschiene ausgebildet . Die Hebeleinrichtung weist eine Mehrzahl von Hebeln auf , mit denen die Position und die Orientierung des Kontaktarms steuerbar ist .
Das positiv gepolte Kontaktelement des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers ist mit einer Stromaufnahmeleitung elektrisch verbunden . Die Stromaufnahmeleitung ist zwischen dem positiv gepolten Kontaktelement des Stromabnehmers und einem Stromeingang der Traktionsstromrichtereinrichtung des Schienenfahrzeugs angeordnet . Das negativ gepolte Kontaktelement des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers ist mit einer Stromabgabeleitung elektrisch verbunden . Die Stromabgabeleitung ist zwischen das negativ gepolte Kontaktelement und einen Stromausgang der Traktionsstromrichtereinrichtung des Schienenfahrzeugs geschaltet . Die Stromaufnahmeleitung und die Stromabgabeleitung sind gepaart angeordnet und ausgebildet . Als gepaarte Anordnung zweier Leitungen soll eine räumlich eng beieinander angeordnete Anordnung dieser Leitungen, derart , dass die von den Leitungen aufgespannte Fläche im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen der Leitungen klein aus fällt bzw . fast vollständig verschwindet , verstanden werden . Typische Abstände für gepaarte Leitungen liegen in Bereichen von 200 mm bis 500 mm .
Die Kontaktelemente des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers werden bevorzugt derart ausgelegt , dass die bei dem Ladevorgang auftretenden starken Ströme ohne Schaden überstanden werden können, um im Gegensatz zu herkömmlichen Schienenfahrzeugen einen Ladebetrieb mit höheren Stromstärken zu ermöglichen .
Vorteilhaft ist der Gleichstromabnehmer an eine mehrpolige , vorzugsweise zweipolige Gleichstromübertragung angepasst . Durch die gepaarte Führung der Stromversorgung wird ein kritischer Stromübergang an den Rädern, an den Schienen und Erdbürsten eines Schienenfahrzeugs vermieden . Damit verbessert sich die elektromagnetische Verträglichkeit . Insbesondere werden durch die gepaarte Führung der Stromaufnahmeleitung und der Stromabgabeleitung bzw . Erdungsleitung Magnetfelder im Bereich des Führerstands und an der Außenseite des Schienenfahrzeugs vermieden . Durch die Vermeidung von Erdströmen über die Räder und Schienen werden zudem signaltechnische Anlagen deutlich weniger gestört . Die gepaarte Stromführung erlaubt eine potenzial f reie Energieeinspeisung . Dadurch wird eine Erdschlussüberwachung im Leistungskreis möglich . Ein Erdfehler eines am Traktions zwischenkreis angeschlossenen Verbrauchers führt damit nicht unmittelbar zu einem Kurzschluss , weil die Rückführung des Gleichstroms nicht mehr über die Räder, sondern über das negativ gepolte Kontaktelement am Kontaktarm des Gleichstromabnehmers erfolgt . Die Vermeidung eines solchen Kurzschlusses ist insbesondere für einen sicheren Betrieb des Traktionsakkumulators unabdingbar .
Die von dem Gleichstromabnehmer während eines Ladevorgangs zu kontaktierenden Stromschienen können in Längsrichtung mit Längenzuschlag ausgebildet werden . Somit ist eine Positionierung eines Schienenfahrzeugs in Fahrtrichtung ohne zusätzliche Einrichtungen leicht möglich . Beim versehentlichen Überfahren der Enden des Ladebereichs und damit der Enden der Stromschienen entsteht auch kein Schaden, was insbesondere gegenüber einer herkömmlichen Verwendung einer Steckeinrichtung oder einer herkömmlichen Verwendung von orts festen Stromabnehmern vorteilhaft ist . Durch die Anordnung der unterschiedlichen Pole des Stromabnehmers nebeneinander ist die richtige Polarität für den Kontakt des Stromabnehmers mit der Stromschiene unabhängig von der Fahrtrichtung immer vorgegeben . Dadurch werden Detektionseinrichtungen oder Umschalteinrichtungen im Schienenfahrzeug eingespart . Die von dem Gleichstromabnehmer kontaktierten Stromschienen können dauerhaft unter elektrischer Spannung sein, da sie oberhalb des Schienenfahrzeugs angeordnet sind und nur durch Anfahren des Schienenfahrzeugs und Aus fahren des Stromabnehmers erreichbar sind . Somit ist eine Kommunikation, um die Ladeeinrichtung einzuschalten, zwischen dem Schienenfahrzeug und einer stationären Ladeeinrichtung nicht nötig . Durch die spezi fische Anordnung der Kontaktelemente und die Schwenkbarkeit des Kontaktarms quer zur Fahrt- und Längsrichtung lässt sich eine zur in Längsrichtung orientierten vertikalen Mittenebene des Schienenfahrzeugs symmetrische Anordnung von Stromschienenelementen unterschiedlicher Polarität realisieren, bei deren Kontaktierung die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs keine Rolle spielt . Durch die symmetrische Anordnung können auch simultan zwei Gleichstromabnehmer eingesetzt werden, welche von unterschiedlichen Seiten aus die Stromschienenelemente kontaktieren, und somit kann der Ladestrom im Vergleich zur Nutzung nur eines Gleichstromabnehmers verdoppelt werden, wenn die Gleichstromabnehmer spiegelbildlich zur vertikalen Mittenebene der Fahrzeuglängsachse und in Längsrichtung vorzugsweise etwas versetzt angeordnet sind und die Stromschiene somit von zwei Seiten zugänglich ist . Außerdem ist der Platzverbrauch des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs im Vergleich zu herkömmlichen Stromabnehmern, die in Längsrichtung orientiert angeordnet sind, reduziert . Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug weist den erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmer auf . Der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer ist quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs angeordnet , derart , dass die Schwenkachsen des Gleichstromabnehmers parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sind .
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug eine Traktionsstromrichtereinrichtung und eine Stromaufnahmeleitung und eine Stromabgabeleitung . Die Stromaufnahmeleitung und die Stromabgabeleitung sind gepaart angeordnet und zwischen den Gleichstromabnehmer und die Traktionsstromrichtereinrichtung geschaltet . Im Detail ist die Stromaufnahmeleitung zwischen ein positiv gepoltes Kontaktelement des Stromabnehmers und einen Eingang der Traktionsstromrichtereinrichtung geschaltet . Die Stromabgabeleitung ist zwischen ein negativ gepoltes Kontaktelement des Stromabnehmers und einen Ausgang der Traktionsstromrichtereinrichtung geschaltet . Vorteilhaft wird durch die gepaarte Anordnung der Stromaufnahmeleitung und der Stromabgabeleitung eine ausgedehnte Leiterschlei fe im Schienenfahrzeug vermieden und damit werden starke Magnetfelder verhindert . Weiterhin erlaubt die Einrichtung einer Stromabgabeleitung und deren Rückführung zum Gleichstromabnehmer eine Rückleitung des Stroms über den Gleichstromabnehmer zu einem Ladegerät und eine Erdung der Traktionsstromrichtereinrichtung über den Stromabnehmer des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs , wodurch ein temperaturbedingter Verschleiß an den Erdkontakten und den Radsatzwellen und am Übergang Rad-Schiene vermieden werden kann .
Die erfindungsgemäße Stromschiene weist einen Mast auf , der vorzugsweise an einer Basis montiert ist . Eine solche Basis kann zum Beispiel am Boden oder einer Wand angeordnet sein . Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Stromschiene einen Stromschienenhalter, welcher an dem Mast angeordnet ist . Zudem weist die erfindungsgemäße Stromschiene mindestens ein erstes an einer ersten Höhenposition an dem Stromschienenhalter angeordnetes Stromschienenelement und mindestens ein zweites Stromschienenelement , das an einer zweiten Höhenposition, welche sich von der ersten Höhenposition unterscheidet , an dem Stromschienenhalter angeordnet ist , auf . Die Stromschienenelemente sind wie eine Oberleitung an einer geeigneten Höhenposition angeordnet , die sich oberhalb eines Schienenfahrzeugs in der in Längsrichtung verlaufenden vertikalen Mittenebene des Schienenfahrzeugs oder leicht rechts und links von der vertikalen Mittenebene versetzt befindet .
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Stromschiene genau zwei an einer ersten Höhenposition einander gegenüberliegend an dem Stromschienenhalter angeordnete Stromschienenelemente zum Kontaktieren eines Kontaktelements eines Stromabnehmers mit einer ersten Polarität und genau zwei an einer zweiten Höhenposition einander gegenüberliegend an dem Stromschienenhalter angeordnete zweite Stromschienenelemente zum Kontaktieren eines Kontaktelements eines Stromabnehmers mit einer zweiten Polarität auf . Indem das erste und das zweite Stromschienenelement an unterschiedlichen Höhenpositionen angeordnet sind, lassen sie sich simultan von der Seite aus mit dem erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmer kontaktieren . Sind die ersten und zweiten Stromschienenelemente j eweils doppelt und einander gegenüberliegend in Querrichtung orientiert ausgebildet , so lassen sich simultan zwei Gleichstromabnehmer mit einer Stromschiene kontaktieren und damit lässt sich im Vergleich zur Nutzung nur eines Stromabnehmers im Ladebetrieb die doppelte Strommenge übertragen . Außerdem lassen sich bei doppelter Aus führung der Stromschienenelemente auch Traktionsakkumulatoren von Schienenfahrzeugen, welche aus unterschiedlichen Richtungen die erfindungsgemäße Stromschiene anfahren, über ein- und dieselbe Stromschiene elektrisch auf laden .
Das erfindungsgemäße stationäre Ladesystem weist ein stationäres zweipoliges bzw . bipolares Ladegerät mit einem Pluspol und einem negativ gepolten Erdanschluss und ein Stromversorgungsleitungssystem mit einer positiv gepolten Stromversorgungsleitung und einer negativ gepolten Erdungsleitung auf . Außerdem umfasst das erfindungsgemäße stationäre Ladesystem eine erfindungsgemäße Stromschiene , welche mit dem stationären bipolaren Ladegerät elektrisch verbunden ist .
Die beiden Leitungen des Stromversorgungsleitungssystems sind derart positioniert , dass die positiv gepolte Stromversorgungsleitung des Ladesystems mit einem positiv gepolten Kontaktelement der erfindungsgemäßen Stromschiene elektrisch verbunden ist und die negativ gepolte Erdungsleitung mit einem negativ gepolten Kontaktelement des Schienenfahrzeugs zur Stromabgabe des Schienenfahrzeugs kontaktierbar ist .
Vorteilhaft kann ein Schienenfahrzeug mit einem mehrpoligen Stromabnehmer mit elektrischem Strom versorgt werden und der Rückstrom über das Stromversorgungsleitungssystem abgeleitet werden . Damit wird erreicht , dass das Aufladen und das Rückführen des Ladestroms innerhalb des Schienenfahrzeugs durch gepaarte Stromleitungen erfolgen kann und damit eine großflächige Leiterschlei fe und entsprechende starke Magnetfelder vermieden werden können . Weiterhin wird erreicht , dass im stationären Zustand während eines Auf ladevorgangs ein Rückstrom einer Traktionsstromrichtereinrichtung eines mit Ladestrom versorgten Schienenfahrzeugs über die Stromabnehmer zurückgeleitet wird und somit die Erdkontakte der Schutzerdung und die Radsatzwellen und der Übergang Rad-Schiene bei einem Ladevorgang geschont werden . Weiterhin erlaubt die Verwendung einer Stromschiene mit vertikal zueinander versetzt angeordneten Stromschienenkontaktelementen ein Kontaktieren der Stromschiene des erfindungsgemäßen Ladesystems unabhängig von der Fahrtrichtung des betref fenden Schienenfahrzeugs . Weiterhin weist das erfindungsgemäße Ladesystem auch die Vorteile der erfindungsgemäßen Stromschiene auf .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kontaktieren oder De- kontaktieren einer Stromschiene durch einen Gleichstromabnehmer wird eine Hebeleinrichtung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers , welche mit einem Kontaktarm des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers mechanisch gekoppelt ist , betätigt . Weiterhin wird eine kombinierte Schwenk- und Translationsbewegung durch den Kontaktarm zum Kontaktieren des Kontaktarms mit einer Stromschiene oder zum Dekontaktie- ren des Kontaktarms von der Stromschiene vermittelt durch Betätigung der Hebeleinrichtung ausgeführt .
Bei dem Kontaktierungsvorgang wird der Kontaktarm aus einer im Wesentlichen waagerechten Position auf der Basis des Gleichstromabnehmers liegend in eine vertikale Position in der Höhe der Stromschiene versetzt , so dass die beiden Kontaktelemente des Gleichstromabnehmers mit den beiden Stromschienenelementen der Stromschiene in elektrischen Kontakt gebracht werden .
Bei dem Dekontaktierungsvorgang erfolgt gerade eine umgekehrte Bewegung, d . h . der Kontaktarm wird aus der vertikalen Position an der Stromschiene in eine im Wesentlichen waagerechte Position auf der Basis des Gleichstromabnehmers versetzt . Vorteilhaft lässt sich eine Kontaktierung einer Stromschiene quasi im laufenden Betrieb und auch bei entsprechender Auslegung der Stromschiene auch aus unterschiedlichen Fahrtrichtungen und ohne zusätzliche Maßnahmen durch den Zugführer durchführen . Eine Dekontaktierung kann zum Beispiel auch automatisiert bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs erfolgen, wobei der Vorgang ohne Zutun einer Person erfolgen kann .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug mit einem stationären Ladesystem wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene durch das Schienenfahrzeug bzw . durch einen erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmer des Schienenfahrzeugs durchgeführt . Weiterhin wird eine Traktionsbatterie des Schienenfahrzeugs durch einen Ladestrom, welcher über einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gleichstromabnehmer des Schienenfahrzeugs und der Stromschiene des stationären Ladesystems fließt , aufgeladen . Schließlich erfolgt ein Dekontaktieren des Stromabnehmers von der Stromschiene durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene zum Dekontaktieren des Gleichstromabnehmers des Schienenfahrzeugs von der Stromschiene des stationären Ladesystems . Der erfindungsgemäße Ladevorgang erfolgt stationär und vorteilhaft ohne Aktivitäten von zusätzlichem Personal , so dass der Ladevorgang besonders ef fi zient während regulärer Haltezeiten erfolgen kann .
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten j eweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung . Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein . Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Aus führungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Aus führungsbeispielen kombiniert werden .
In einer Variante des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers weisen die Kontaktelemente j eweils auf :
- einen I solator,
- ein Federelement ,
- eine Kontaktplatte .
Mit dem I solator wird ein Kurzschließen der Kontaktelemente miteinander oder Überspringen des Ladestroms auf mechanische Komponenten des Gleichstromabnehmers verhindert . Die Federelemente ermöglichen einen Ausgleich von Toleranzen bei der Kontaktierung einer Stromschiene . Die Kontaktplatten sind vorzugsweise aus einem besonders leitfähigen Material hergestellt und möglichst groß flächig und mit der Oberfläche der Stromschienenelemente korrespondierend ausgebildet , um einen verlustarmen elektrischen Kontakt zwischen dem Gleichstromabnehmer und einer Stromschiene und die Übertragung starker elektrischer Ströme zwischen Gleichstromabnehmer und Stromschiene zu ermöglichen . Bevorzugt umfasst der Kontaktarm des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers einen Kontaktarmrahmen, der eine Tragstruktur für die Kontaktelemente und eine Kontaktarmverkabelung der Kontaktelemente aufweist . Die Kontaktarmverkabelung führt den über die Kontaktelemente auf genommenen Ladestrom dem Schienenfahrzeug zu und den Rückstrom aus dem Schienenfahrzeug den Kontaktelementen zu . Die Anordnung und Gestalt des Kontaktarmrahmens und die Anordnung der Kontaktelemente an dem Kontaktarmrahmen erlaubt eine exakte Positionierung der Kontaktelemente gegenüber den korrespondierenden Stromschienenelementen, sodass eine Übertragung eines Ladestroms zwischen einer Stromschiene und einem Schienenfahrzeug ermöglicht wird .
Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer bevorzugt ein kontaktarmseitiges Schwenklager zwischen dem Kontaktarm und der Hebeleinrichtung . Das kontaktarmseitige Schwenklager erlaubt ein Schwenken des Kontaktarms und ein Anpassen der Höhe und Orientierung des Kontaktarms an die Positionen und Orientierungen der zu kontaktierenden Stromschienenelemente .
Ebenfalls bevorzugt weist der erfindungsgemäße Gleichstromabnehmer ein Schlei fstück zur Stromübertragung über das erste Schwenklager auf . Das Schlei f stück wird zur Überbrückung des kontaktarmseitigen Schwenklagers durch den Ladestrom bzw . den Rückstrom genutzt . Ein solches Schlei f stück ist insbesondere ef fektiv bei ausgeprägten Winkeländerungen zwischen Komponenten der Hebeleinrichtung und dem Kontaktarm .
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers weist das Schlei fstück einen Schlei f sattel , welcher mit dem Kontaktarm fest verbunden ist , und eine relativ zu dem Schlei f sattel bewegliche Schlei fscheibe , welche mit der Hebeleinrichtung bzw . einer Schwenkachse der Hebeleinrichtung fest verbunden ist , auf . Der Schlei f sattel weist eine glatte Fläche auf , die mittels kleiner federnder Elemente an die Schlei fscheibe angedrückt wird . Die Schlei fscheibe dreht sich während einer Änderung des Winkels zwischen Komponenten der Hebeleinrichtung und dem Kontaktarm in dem Schlei f sattel und behält ständig elektrischen Kontakt mit dem Schlei f sattel .
In einer ebenfalls bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers weist die Hebeleinrichtung einen oberen Hebel und einen unteren Hebel auf . Die beiden Hebel sind über Schwenklager an einem basisseitigen Ende der j eweiligen Hebel mit der Basis um eine parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs orientierte Achse schwenkbar verbunden und sind über Schwenklager an einem kontaktarmseitigen Ende der j eweiligen Hebel mit dem Kontaktarm schwenkbar verbunden . Vorteilhaft lassen sich durch die Hebel unterschiedliche Positionen und Orientierungen des Kontaktarms und insbesondere eine untere Endposition des Kontaktarms zum Mitführen des Gleichstromabnehmers während der Fahrt und eine obere Endposition des Kontaktarms für den Ladebetrieb realisieren und ein Wechsel zwischen diesen Endpositionen durchführen .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers ist das basisseitige Schwenklager des oberen Hebels im Vergleich zu dem basisseitigen Schwenklager des unteren Hebels erhöht angeordnet . Vorteilhaft lässt sich der obere Hebel in der unteren Endposition des Kontaktarms in einer beinahe waagrechten Position über dem unteren Hebel positionieren . Dadurch wird ein „Einklappen" der einzelnen mechanischen Komponenten in der unteren Endposition des Gleichstromabnehmers erleichtert .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers weist der untere Hebel zwei parallele untere Hebelarme auf , die mit gegenüberliegenden Seiten der Basis um eine Längsachse schwenkbar verbunden sind und mit einem gemeinsamen Schwenklager mit dem Kontaktarm um eine Längsachse schwenkbar verbunden sind . Die unteren Hebelarme und der obere Hebel grei fen an unterschiedlichen Punkten des Kontaktarms an . Vorzugsweise ist das kontaktarmseitige Ende des unteren Hebels mit dem hebelseitigen Ende des Kontaktarms schwenkbar verbunden und ist das kontaktarmseitige Ende des oberen Hebels mit einer zu dem hebelseitigen Ende des Kontaktarms versetzten Position an dem Kontaktarm verbunden, so dass ein Schwenken eines der beiden Hebel nicht nur eine Positionsänderung des Kontaktarms , sondern auch ein „Aufrichten" des Kontaktarms bis zu einer vertikalen Position in der oberen Endposition bzw . auch umgekehrt ein „Einklappen" des Kontaktarms aus der oberen Endposition in die untere Endposition bewirkt .
Die Hebeleinrichtung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers ist also bevorzugt dazu eingerichtet , den Kontaktarm bei einer Kontaktierung einer Stromschiene in eine vertikale Position zu versetzen, derart , dass die beiden Kontaktelemente zwei übereinander angeordnete Stromschienenelemente kontaktieren . Wie bereits erwähnt , hat die vertikale Anordnung der Stromschienenelemente übereinander den Vorteil , dass die Stromschiene beidseitig kontaktierbar ist , was ein Anfahren aus unterschiedlichen Fahrtrichtungen und ein simultanes Kontaktieren der Stromschiene von beiden Seiten aus ermöglicht .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmers sind die Kontaktelemente des Gleichstromabnehmers temperaturresistent ausgebildet . Die Temperaturresistenz kann zum einen dadurch erreicht werden, dass die Kontaktelemente eine große Kontakt fläche aufweisen, so dass die elektrische Stromdichte im Kontaktbereich reduziert ist . Weiterhin kann die Kontakt fläche der Kontaktelemente an die Form der Stromschiene angepasst werden, um die Kontakt fläche zu erhöhen und den Kontakt zu verbessern . Außerdem wird vorzugsweise für die Kontaktelemente ein Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet , um die Dissipation durch den Stromfluss zu reduzieren . Schließlich wird bevorzugt ein Material für die Kontaktelemente verwendet , welches eine hohe Temperaturleitfähigkeit aufweist , um die bei dem Stromfluss entstehende Wärme schnell abführen zu können und so temperaturbedingte Schäden zu vermeiden .
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug eine von der Traktionsstromrichtereinrichtung elektrisch getrennte Schutzerdung der Fahrzeugstruktur des Schienenfahrzeugs über die Räder zu den Fahrschienen hin auf . Vorteilhaft fließen Rückströme des Ladestroms nicht über die Fahrschienen, so dass ein temperaturbedingter Verschleiß an den Erdkontakten und den Radsatzwellen und am Übergang Rad-Schiene vermieden werden kann .
In einer Variante des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist der Gleichstromabnehmer bzw . eine Steuerungseinrichtung des Gleichstromabnehmers dazu eingerichtet , bei einem Starten des Schienenfahrzeugs automatisiert aus der Kontaktposition mit dem Stromversorgungsleitungssystem in eine dekontaktierte Ruheposition zu wechseln, um so eine Beschädigung des Stromabnehmers oder der Stromschiene zu verhindern .
Bevorzugt ist die Stromschiene als Oberleitung ausgebildet . Eine solche Anordnung der Stromversorgungsleitung kann sinnvoll sein, da ein Ladevorgang automatisiert durch Anheben des Stromabnehmers und Kontaktieren der Oberleitung gestartet werden kann und durch Einfahren des Stromabnehmers beendet werden kann, ohne dass eine Person eine infrastrukturseitige Ladevorrichtung an dem Schienenfahrzeug anschließen muss oder von ihm lösen muss . Eine Oberleitung bietet außerdem eine hohe Sicherheit für Personal und Fahrgäste , weil diese sich ausreichend entfernt von der Oberleitung aufhalten und somit nicht durch den Ladestrom in Gefahr geraten . Als Oberleitungen werden bevorzugt dickere , als Schienen ausgebildete Leitungsabschnitte verwendet .
In einer Variante der erfindungsgemäßen Stromschiene sind die Stromschienenelemente mit unterschiedlicher Polarität in Querrichtung unterschiedlich ausgedehnt dimensioniert . Vor- teilhaft sind insbesondere die Kontaktbereiche der Stromschienenelemente in Querrichtung versetzt positioniert , so dass von dem oberen Stromschienenelement herabtropfendes Wasser oder herabhängendes Eis das darunterliegende Stromschienenelement bzw . dessen Kontaktierungs funktion nicht beeinträchtigen kann .
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Aus führungsbeispielen noch einmal näher erläutert . Es zeigen :
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Lades zenarios zum elektrischen Aufladen eines Traktionsakkumulators eines Schienenfahrzeugs mit einem herkömmlichen stationären Ladesystem,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer Kabel führung und eines Stromflusses in dem in FIG 1 gezeigten Lades zenario ,
FIG 3 eine schematische Darstellung eines Lades zenarios zum elektrischen Aufladen eines Traktionsakkumulators eines Schienenfahrzeugs mit gepaarter Kabel führung der Stromversorgung und der Stromrückführung,
FIG 4 eine perspektivische Darstellung eines Gleichstromabnehmers gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung auf einem Schienenfahrzeugdach,
FIG 5 eine schematische Frontansicht einer Stromschiene gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
FIG 6 eine Frontansicht eines Gleichstromabnehmers gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
FIG 7 eine perspektivische Darstellung eines Gleichstromabnehmers gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung, FIG 8 eine Frontansicht eines Ensembles eines Gleichstromabnehmers und einer Stromschiene am Anfang eines Kontaktierungsvorgangs ,
FIG 9 eine Frontansicht des in FIG 8 gezeigten Ensembles im Stadium der Annäherung des Gleichstromabnehmers an die Stromschiene ,
FIG 10 eine Frontansicht des in FIG 8 und FIG 9 gezeigten Ensembles nach voll zogenem elektrischen Kontakt ,
FIG 11 eine Schnittdarstellung eines Ensembles einer Stromschiene und eines Gleichstromabnehmers mit linearem Antrieb,
FIG 12 eine Schnittdarstellung eines Ensembles einer Stromschiene und eines Gleichstromabnehmers mit rotatorischem Antrieb,
FIG 13 eine vergrößerte Frontansicht eines Abschnitts eines Gleichstromabnehmers mit mechanischen und elektrischen Komponenten,
FIG 14 eine perspektivische Ansicht des in FIG 13 gezeigten Gleichstromabnehmers ,
FIG 15 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Gleichstromabnehmers mit einem Schlei fstück zur Stromübertragung,
FIG 16 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Gleichstromabnehmers und eines Stromabnehmers gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung zum Vergleich,
FIG 17 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht , FIG 18 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht .
In FIG 1 wird eine schematische Darstellung eines Lades zenarios zum elektrischen Aufladen eines Traktionsakkumulators eines Schienenfahrzeugs 1 mit einem herkömmlichen Ladesystem 10 gezeigt .
In FIG 1 sind zwei S zenarien simultan gezeigt , in denen ein Schienenfahrzeug 1 aus unterschiedlichen Richtungen auf einem Schienensystem mit Fahrschienen 3 einen Ladepunkt bzw . ein herkömmliches stationäres Ladesystem 10 mit einem stationären Ladegerät 7 angesteuert hat . In der linken Teilhäl fte der FIG 1 ist ein Schienenfahrzeug 1 gezeigt , das von rechts nach links auf dem Schienensystem unterwegs war, und in der rechten Teilhäl fte der FIG 1 ist ein Schienenfahrzeug 1 gezeigt , das von links nach rechts auf dem Schienensystem unterwegs war . In beiden Fällen findet ein Aufladen eines Traktionsakkumulators des j eweiligen Schienenfahrzeugs 1 durch das stationäre Ladegerät 7 statt , welches elektrischen Gleichstrom über eine Ladeleitung 2a zu einer Stromversorgungsleitung 2 , welche als Oberleitung ausgebildet ist , sendet . Der Ladestrom des stationären Ladegeräts 7 wird über die als Oberleitung ausgebildete Stromversorgungsleitung 2 zu dem Schienenfahrzeug 1 transportiert und dort von einem Stromabnehmer 4 über Schlei fkontakte (nicht gezeigt ) , die an einer sogenannten Palette des Stromabnehmers 4 angeordnet sind, entgegengenommen . Das positive Potenzial des gelieferten Gleichstroms ist in FIG 1 mit Plus zeichen symbolisiert , die sowohl an der Stromaufnahmeleitung des Schienenfahrzeugs 1 am Stromabnehmer 4 als auch an der Stromversorgungsleitung 2 der Oberleitung eingezeichnet sind . In FIG 1 sind die Fahrschienen 3 als Rückleiter vorgesehen und mit einem Minus zeichen symbolisiert . Der rückgeleitete Gleichstrom wird über die Fahrschienen 3 und eine Erdungsleitung 3a zu dem stationären Ladegerät 7 zurückgeführt . Die Stromversorgungsleitung 2 und die Fahrschienen 3 sind als einpolige Leitelemente ausgelegt . Auch die Stromabnehmer 4 sind als einpolige , mittig angeordnete Stromabnehmer ausgelegt .
In FIG 2 ist eine schematische Darstellung 20 einer Kabelführung und eines Stromflusses in dem in FIG 1 gezeigten Lades zenario gezeigt . In FIG 2 ist zu erkennen, wie der Ladestrom über die Stromversorgungsleitung 2 weiter zum Stromabnehmer 4 des Schienenfahrzeugs 1 und von dort über eine Stromaufnahmeleitung 4c in Form einer Zuleitung zu einer Traktionsstromrichtereinrichtung 8 des Schienenfahrzeugs 1 und zum Traktionsakkumulator 6 geleitet wird . Von der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 aus führt auch ein Rückleiter 5a zu einer kombinierten Schutz- und Betriebserde 5b, welche den auf dem Minus-Potenzial liegenden Teil des Zwischenkreises ZK der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 hart erdet . Die Erdung wird auch über die Räder 5c des Schienenfahrzeugs 1 zu den Fahrschienen 3 hin fortgesetzt . Die Fahrschienen 3 sind ebenfalls geerdet . Durch die Stromversorgungsleitung 2 und die Rückführung des Gleichstroms über die Fahrschienen 3 wird ein großer Teil des Schienenfahrzeugs 1 , genauer gesagt der in der Bilddarstellung in FIG 2 rechts von der Stromaufnahmeleitung 4c und dem Rückleiter 5a liegende vordere Teil des Schienenfahrzeugs 1 , von einer stromführenden Leiterschlei fe eingeschlossen . Mithin wird während des Ladevorgangs in diesem vorderen Teil des Schienenfahrzeugs 1 ein Magnetfeld erzeugt , das möglicherweise störende Ef fekte - oder im Fall von Zugpersonal oder Fahrgästen mit Herzschrittmachern sogar gesundheitsschädliche Ef fekte - bewirken kann .
In FIG 3 ist eine schematische Darstellung eines stationären Ladesystems 30 zum elektrischen Aufladen eines Traktionsakkumulators 6 eines Schienenfahrzeugs 1 mit einem Gleichstromabnehmer 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht . Die in FIG 3 gezeigte Darstellung unterscheidet sich in mehreren Punkten gravierend von der in FIG 2 gezeigten Darstellung . Das in FIG 3 gezeigte erfindungsgemäße Ladesystem 30 verfügt über ein Oberleitungssystem mit einer Stromversorgungsleitung 2 und zwei Rückleitungen 3b, wobei in der Seitenansicht in FIG 3 nur eine der beiden Rückleitungen 3b zu erkennen ist . Weiterhin umfasst das Schienenfahrzeug 1 eine Stromaufnahmeleitung 4c und eine Stromabgabeleitung 4d . Die Stromaufnahmeleitung 4c verläuft zwischen einem positiv gepolten Kontaktelement 122 ( siehe FIG 4 ) des Gleichstromabnehmers 100 des Schienenfahrzeugs 1 und einem Stromeingang 8a der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 . Die Stromabgabeleitung 4d dagegen verläuft zwischen einem Stromausgang 8b der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 und einem negativ gepolten Kontaktelement 123 ( siehe FIG 4 ) , also dem Erdungskontakt bzw . dem Kontakt des Gleichstromabnehmers 100 für die Stromrückführung .
Die Erdung bzw . Rückführung des Gleichstroms aus der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 erfolgt also nicht über eine Schutzerdung 5d zu den Fahrschienen 3 hin, sondern über das Oberleitungssystem . Damit wird die Fläche der Leiterschlei fe , welche von der Stromversorgungsleitung 2 , der Stromaufnahmeleitung 4c bzw . der Zuleitung zur Traktionsstromrichtereinrichtung 8 , der Stromabgabeleitung 4d und der Rückleitung 3b gebildet wird, im Vergleich zu der Fläche der Leiterschlei fe , welche bei einer Rückführung des Gleichstroms über die Fahrschienen 3 auftritt ( siehe FIG 2 ) , stark reduziert . Im Wesentlichen reduziert sich die Fläche auf einen Teilbereich der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 . Mithin wird eine Beaufschlagung von Aufenthaltsbereichen für Personen im Schienenfahrzeug 1 mit einem Magnetfeld vermieden . Anders als bei der herkömmlichen Kabel führung ist bei dem in FIG 3 gezeigten Schienenfahrzeug 1 die Schutzerdung 5d von der Traktionsstromrichtereinrichtung 8 getrennt .
In FIG 4 ist eine perspektivische Darstellung 40 eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung auf einem Schienenfahrzeugdach la gezeigt , wobei der Gleichstromabnehmer 100 eine Stromschiene 200 für einen Ladevorgang kontaktiert . Wie in FIG 4 zu erkennen ist , wird der Gleichstromabnehmer 100 zum Kontaktieren der Stromschiene 200 anders als herkömmlich nicht um eine Querachse , sondern um eine Achse , welche parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs angeordnet ist , geschwenkt . Die an einem Kontaktarm 120 des Gleichstromabnehmers 100 angeordneten Kontaktelemente 122 , 123 werden so in der oberen Endposition des Kontaktarms 120 des Gleichstromabnehmers 100 übereinander angeordnet und auf zwei Stromschienenelemente 230 , 240 der Stromschiene 200 mit unterschiedlicher Polarität gerichtet . Wie in FIG 4 zu erkennen ist , sind die Stromschienenelemente 230 , 240 mit unterschiedlicher Polarität j eweils zwei fach gegenüberliegend ausgebildet , so dass ein Schienenfahrzeug 1 aus beiden Richtungen kommend die Stromschiene 200 mit seinem Gleichstromabnehmer 100 kontaktieren kann oder ein einziges Schienenfahrzeug 1 mit zwei in entgegengesetzter Richtung angeordneten Gleichstromabnehmern dieselbe Stromschiene 200 kontaktieren kann . Bei letzterer Variante sind die beiden Gleichstromabnehmer 100 in Längsrichtung etwas versetzt angeordnet , damit sie nicht miteinander kollidieren . Die Stromschiene 200 ist in diesem Fall ausreichend lang ausgebildet , so dass die beiden versetzt angeordneten Gleichstromabnehmer 100 die Stromschiene 200 von unterschiedlichen Seiten aus simultan kontaktieren können . Die Stromschiene 200 umfasst auch einen Mast 210 und einen Stromschienenhalter 220 zum Positionieren der Stromschienenelement 230 , 240 über einem Schienenfahrzeug 1 .
In FIG 5 ist eine schematische Frontansicht einer Stromschiene 200 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung gezeigt . Aufgrund der Notwendigkeit , bei der Energiezuführung der landseitigen Stromschiene 200 den Plus- und den Minuspol räumlich eng zu führen, besitzt die landseitige Stromschiene 200 zwei Pole . Die Stromschiene 200 umfasst einen Mast 210 und einen Stromschienenhalter 220 , an dem Stromschienenelemente 230 , 240 angeordnet sind . In FIG 5 sind zwei Stromschienenelemente 230 mit positiver Polarität dargestellt und zwei Stromschienenelemente 240 mit negativer Polarität dargestellt . Die Stromschienenelemente 230 , 240 sind gegenüber dem Stromschienenhalter 220 durch I solatoren 250 elektrisch isoliert . Die Stromschiene 200 wird so über einem Schienenstrang (nicht gezeigt ) positioniert , dass die Mitte des Stromschienenhalters 220 in der vertikalen Mittenebene in Längsrichtung eines auf dem Schienenstrang positionierten Schienenfahrzeugs liegt .
Die beiden Stromschienenelemente 230 mit positiver Polarität und die beiden Stromschienenelemente 240 mit negativer Polarität sind also symmetrisch zur in Längsrichtung ausgerichteten vertikalen Fahrzeug-Mittenebene angeordnet . Somit wird erreicht , dass der Gleichstromabnehmer 100 ( siehe FIG 4 ) fahrtrichtungsunabhängig die landseitigen Stromschienenelemente 230 , 240 mit den passenden Kontaktelementen 122 , 123 kontaktieren kann . In dieser doppelten Anordnung der Stromschienenelemente 230 , 240 können bei sehr hohen Ladeleistungsanforderungen von einem Schienenfahrzeug auch zwei Gleichstromabnehmer 100 gleichzeitig eingesetzt werden, wobei der eine von links und der andere von rechts die landseitige Stromschiene 200 kontaktiert . Auf diese Weise kann die Stärke des Ladestroms verdoppelt werden . Die Enden der Stromschienenelemente 230 , 240 unterschiedlicher Polarität sind in Querrichtung nicht exakt übereinander, sondern leicht versetzt zueinander übereinander angeordnet , so dass bei Eisbildung verhindert wird, dass ein Eis zapfen oder Ähnliches den Plus- mit dem Minuspol überbrückt und damit einen Kurzschluss erzeugt .
In FIG 6 ist eine Frontansicht eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung gezeigt . Der Gleichstromabnehmer 100 kann als kinematische Konstruktion betrachtet werden . Der Gleichstromabnehmer 100 umfasst einen Rahmen 110 , der mit einem Schienenfahrzeugdach la ( siehe FIG 4 und FIG 16 ) fest verbunden ist . Weiterhin umfasst der Gleichstromabnehmer 100 eine Hebeleinrichtung 11 , welche einen oberen Hebel 130 und einen unteren Hebel 140 aufweist . Außerdem umfasst der Gleichstromabnehmer 100 einen in FIG 6 im oberen Teil der Darstellung gezeigten Kontaktarm 120 , der Kontaktelemente 122 , 123 zur elektrischen Kontaktierung einer Stromschiene 200 umfasst . Der obere Hebel 130 und der untere Hebel 140 sind über Schwenklager ( siehe FIG 7 ) mit dem Rahmen 110 um eine hori zontal in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufende Schwenkachse schwenkbar verbunden . Weiterhin sind der obere Hebel 130 und der untere Hebel 140 über ein Schwenklager ( siehe FIG 7 ) um eine hori zontale , in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufende Schwenkachse mit dem Kontaktarm 120 schwenkbar verbunden . Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktarm 120 und dem oberen Hebel 130 wird über ein Schlei fstück 150 hergestellt .
In FIG 7 ist eine perspektivische Darstellung eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht . In FIG 7 sind alle Schwenklager des Gleichstromabnehmers 100 dargestellt . Ein basisseitiges Schwenklager 161 des unteren Hebels 140 , das in FIG 7 im unteren Teil der Abbildung gezeigt ist , ist zwischen dem Rahmen bzw . der Basis 110 und dem unteren Hebel 140 ausgebildet . Ein basisseitiges Schwenklager 162 des oberen Hebels 130 , welches in FIG 7 unten rechts dargestellt ist , ist zwischen dem Rahmen 110 und dem oberen Hebel 130 ausgebildet . Das basisseitige Schwenklager 162 des oberen Hebels 130 ist relativ zu dem basisseitigen Schwenklager 161 des unteren Hebels 140 etwas erhöht auf einem Sockel , der Teil des Rahmens 110 ist , angeordnet . Ein kontaktarmseitiges Schwenklager 163 des unteren Hebels 140 ist zwischen dem unteren Hebel 140 und dem Kontaktarm 120 ausgebildet und in FIG 7 in der Mitte der bildlichen Darstellung gezeigt . Ein kontaktarmseitiges Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 , welches in FIG 7 oberhalb des kontaktarmseitigen Schwenklagers 163 des unteren Hebels 140 dargestellt ist , ist zwischen dem oberen Hebel 130 und dem Kontaktarm 120 angeordnet . Dabei setzt das kontaktarmseitige Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 anders als das kontaktarmseitige Schwenklager 163 des unteren Hebels 140 nicht direkt am Ende des Kontaktarms 120 , sondern etwas wie- ter zu den Kontaktelementen 122 , 123 hin versetzt am Kontaktarm 120 an . In FIG 8 bis FIG 10 ist eine Bilderserie gezeigt , die einen Vorgang des Kontaktierens eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung mit einer Stromschiene 200 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht . Die Bilderserie zeigt das Hochfahren des Gleichstromabnehmers 100 aus der unteren Endlage ( siehe FIG 8 ) über einen Zwischenzustand ( siehe FIG 9 ) in die obere Endlage ( siehe FIG 10 ) .
In FIG 8 ist eine Frontansicht eines Ensembles 80 eines Gleichstromabnehmers 100 und einer Stromschiene 200 in der unteren Endlage bzw . Endposition am Anfang eines Kontaktierungsvorgangs dargestellt . Der Gleichstromabnehmer 100 liegt eingeklappt auf dem Fahrzeugdach eines Schienenfahrzeugs (nicht gezeigt ) . Der untere Hebel 140 und der obere Hebel 130 sowie der Kontaktarm 120 des Gleichstromabnehmers 100 liegen fast waagerecht übereinander . Der Gleichstromabnehmer 100 weist in der unteren Endposition, welche in FIG 8 gezeigt ist , nur eine geringfügige Höhe auf . Dadurch kann in der unteren Endposition das Lichtraumprofil eines Schienenfahrzeugs eingehalten werden bzw . reduziert werden, was insbesondere bei der Durchfahrt von Tunneln oder Ähnlichem relevant sein kann .
In FIG 9 ist eine Frontansicht des in FIG 8 gezeigten Ensembles 80 im Stadium der Annäherung des Gleichstromabnehmers 100 an die Stromschiene 200 dargestellt . Der Kontaktarm 120 sowie der obere Hebel 130 und der untere Hebel 140 stehen diagonal zu dem Stromschienenhalter 220 der Stromschiene 200 .
In FIG 10 ist eine Frontansicht des in FIG 8 und FIG 9 gezeigten Ensembles 80 nach voll zogenem elektrischen Kontakt zwischen dem Gleichstromabnehmer 100 und der Stromschiene 200 gezeigt . Wie in FIG 10 zu erkennen ist , stehen die Kontaktelemente 122 , 123 des Gleichstromabnehmers 100 mit den Stromschienenelementen 230 , 240 der Stromschiene 200 in elektrischem Kontakt . Der Kontaktarm 120 des Gleichstromabnehmers 100 ist dafür vertikal orientiert . In FIG 11 ist eine Schnittdarstellung eines Ensembles 80 eines Gleichstromabnehmers 100 und einer Stromschiene 200 gezeigt , wobei der Gleichstromabnehmer 100 einen linearen Antrieb 410 aufweist . Mit dem linearen Antrieb wird das untere Ende des Kontaktarms 120 verschoben . Es bildet sich ein Dreieck, dessen Schenkel der lineare Antrieb 410 und der untere Hebel 140 bilden . Gleichzeitig wird der Kontaktarm 120 auch um das kontaktarmseitige Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 geschwenkt , so dass der Kontaktarm 120 in eine vertikale Position aufgerichtet wird . Ein solcher linearer Antrieb 410 kann einen Pneumatikzylinder oder einen Hydraulikzylinder und/oder einen elektrischen Linearmotor aufweisen . Die Art der genannten Antriebe soll wie üblich bei der Erläuterung der Figuren nur beispielhaft und keineswegs beschränkend sein .
In FIG 12 ist eine Schnittdarstellung eines Ensembles 80 eines Gleichstromabnehmers 100 und einer Stromschiene 200 gezeigt , wobei der Stromabnehmer 100 einen rotatorischen Antrieb 420 aufweist . Ein solcher rotatorischer Antrieb kann einen Elektromotor, einen rotatorischen Hydraulikmotor oder einen rotatorischen Pneumatikmotor aufweisen . Weiterhin kann er Elemente zur Transmission der Drehbewegung, wie zum Beispiel eine Kette , einen Zahnriemen 430 , Zahnräder oder Ähnliches , umfassen .
In FIG 13 ist eine vergrößerte Frontansicht eines Abschnitts eines Gleichstromabnehmers 100 gezeigt , der den Kontaktarm 120 umfasst . In FIG 13 sind mechanische und elektrische Komponenten zu erkennen, die zur Führung eines elektrischen Ladestroms benötigt werden . Der Kontaktarm 120 weist als mechanisches Hauptelement einen Kontaktarmrahmen 121 auf , an dem eine Mehrzahl von weiteren mechanischen und elektrischen Komponenten angeordnet sind . Am Kontaktarmrahmen 121 sind die beiden Kontaktelemente 122 , 123 unterschiedlicher Polarität angeordnet . Die beiden Kontaktelemente 122 , 123 weisen j e- wells Kontaktplatten 122a, 123a auf , welche durch Federelemente 124 mit dem Kontaktarmrahmen 121 mechanisch gekoppelt und durch I solatoren 250 von dem Kontaktarmrahmen 121 elektrisch getrennt sind . Die Federelemente 124 werden benötigt , um Toleranzen in Fahrzeugquerrichtung, insbesondere Montagetoleranzen, Gleislagetoleranzen und Querspiel aus zugleichen . Weiterhin werden die Federelemente 124 dazu verwendet , um eine gewisse Kontaktkraft für die Kontaktelemente 122 , 123 einzustellen .
Die Kontaktelemente 122 , 123 weisen als Kontakt Kupferplatten oder andere elektrisch leitende Materialien auf , die genügend Oberfläche bereitstellen, so dass der notwendige Ladestrom übertragen werden kann . Insbesondere sind die Kontaktelemente 122 , 123 so dimensioniert , dass alle vertikalen Toleranzen, insbesondere Montagetoleranzen, Gleislagetoleranzen und alle Toleranzen aus dem Wagenkasten, von den Kontakt flächen zwischen den Kontakten bzw . Kontaktelementen des Kontaktarms 120 und den Kontakten bzw . den Stromschienenelementen 230 , 240 der Stromschiene 200 kompensiert werden können . Für die Überleitung eines elektrischen Gleichstroms weisen die Kontaktelemente 122 , 123 Anschlussstellen für eine Kontaktarmverkabelung 125 auf , die starke Gleichströme leiten kann . Weiterhin weist der Gleichstromabnehmer 100 an dem kontaktarmseitigen Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 ein Schlei fstück 150 auf , mit dem der Ladestrom von der Verkabelung 125 des Kontaktarms 120 auf eine Verkabelung 132 des oberen Hebels 130 übertragen werden kann . Von der Verkabelung 132 des oberen Hebels 130 wird der Strom dann in Richtung Schienenfahrzeug weitergeleitet . Der obere Hebel 130 weist einen oberen Hebelrahmen 131 auf , an dem die Verkabelung 132 des oberen Hebels 130 angeordnet ist .
In FIG 14 ist eine perspektivische Ansicht des in FIG 13 gezeigten Gleichstromabnehmers 100 dargestellt , wobei der Gleichstromabnehmer 100 gerade eine Stromschiene 200 kontaktiert . In FIG 15 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Stromabnehmers 100 mit einem Schlei fstück 150 zur Stromübertragung zwischen dem Kontaktarm 120 und dem oberen Hebel 130 vergrößert gezeigt . Das Schlei fstück 150 umfasst einen Schlei f sattel 151 , welcher fest mit dem Kontaktarm 120 mechanisch verbunden ist und die Bewegungen des Kontaktarms 120 mitmacht . Außerdem umfasst das Schlei f stück 150 eine Schlei fscheibe 152 , welche mit dem kontaktarmseitigen Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 mechanisch verbunden ist und elektrisch mit der Verkabelung 132 des oberen Hebels 130 verbunden ist . Der Schlei f sattel 151 umfasst einen flächigen elektrischen Kontakt mit der Schlei fscheibe 152 , der auch während einer Schwenkbewegung um das kontaktarmseitige Schwenklager 164 des oberen Hebels 130 bestehen bleibt . Im Schlei f sattel 151 können federbelastete Graphitstücke oder federnde Bürsten zur Kontaktübertragung integriert sein . Der Gleichstromabnehmer 100 umfasst j eweils ein eigenes Schlei fstück für beide Kontaktelemente 122 , 123 unterschiedlicher Polarität . Diese Schlei f stücke 150 (nur eines ist gezeigt ) sind auf gegenüberliegenden Seiten des kontaktarmseitigen Schwenklagers 164 des oberen Hebels 130 angeordnet . Die Schlei f stücke 150 werden benötigt , weil bei dem Ein- und Aus fahren des Gleichstromabnehmers 100 der Kontaktarm 120 eine große Winkelbewegung gegenüber dem oberen Hebel 130 durchführt . Eine Stromübertragung über eine Stromlitze , wie es im Allgemeinen bei herkömmlichen Stromabnehmern üblich ist , ist aufgrund der großen Winkelbewegung bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht ef fektiv bzw . robust genug . Sowohl der Schlei f sattel 151 als auch die Schlei fscheibe 152 sind über I solatoren 250 von tragenden Strukturen getrennt .
In FIG 16 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Stromabnehmers 4 und eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung zum Vergleich gezeigt . Der Platzverbrauch in Fahrzeuglängsrichtung LR ist bei dem erfindungsgemäßen Gleichstromabnehmer 100 rechts in der Darstellung viel kleiner als bei dem herkömmlichen Stromabnehmer 4 links in der Darstellung . In FIG 17 ist ein Flussdiagramm 1700 gezeigt, welches ein Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene 200 durch einen Gleichstromabnehmer 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Bei dem Schritt 17.1 wird durch einen Linearmotor 410, der mit einem Kontaktarm 120 eines Gleichstromabnehmers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mechanisch gekoppelt ist, der Kontaktarm 120, der sich zunächst in einer unteren Endposition befindet, wie sie zum Beispiel in FIG 8 gezeigt ist, über Hebel 130, 140 betätigt. Durch diese Betätigung führt der Kontaktarm 120 bei dem Schritt 17.11 eine kombinierte Schwenk- und Translationsbewegung aus, bis er in einer oberen Endposition angekommen ist (siehe FIG 10) , bei der die Kontaktelemente 122, 123 des Kontaktarms 120 des Gleichstromabnehmers 100 die Stromschienenelemente 230, 240 der Stromschiene 200 kontaktieren.
In FIG 18 ist ein Flussdiagramm 1800 gezeigt, welches ein Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug 1 mit einem stationären Ladesystem 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Bei dem Schritt 18.1 wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Kontaktieren einer Stromschiene 200 eines stationären Ladesystems 30 durch einen erfindungsgemäßen Stromabnehmer 100 mit den Schritten 17.1, 17.11 durchgeführt, wie es bereits in FIG 17 illustriert wurde.
Bei dem Schritt 18.11 erfolgt ein Aufladen eines Traktionsakkumulators 6 des Schienenfahrzeugs 1 durch einen Ladestrom I, welcher über den Kontakt 122, 240 zwischen dem Stromabnehmer 100 und der Stromschiene 200 fließt.
Bei dem Schritt 18. III erfolgt ein Dekontaktieren des Stromabnehmers 100 von der Stromschiene 200 durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Dekontaktieren einer Stromschiene 200 eines stationären Ladesystems 30 .
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Aus führungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist . Es wird der Vollständig- keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw . „eine" nicht ausschließt , dass die betref fenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können . Ebenso schließt der Begri f f „Einheit" nicht aus , dass diese aus mehreren Komponenten besteht , die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können . Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begri f fes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst .

Claims

Patentansprüche
1. Gleichstromabnehmer (100) für ein Schienenfahrzeug (1) , aufweisend :
- eine Basis (110) ,
- eine auf der Basis (110) angeordnete Hebeleinrichtung (11) mit einer Schwenk- und Translationsfunktion,
- einen Kontaktarm (120) , welcher mit der Hebeleinrichtung (11) schwenkbar gekoppelt ist und ein positiv gepoltes Kontaktelement (122) zur Stromaufnahme und ein dazu in Längsrichtung des Kontaktarms (120) versetztes und zu dem positiv gepolten Kontaktelement (122) parallel orientiertes negativ gepoltes Kontaktelement (123) zur Stromabgabe aufweist, wobei der Kontaktarm (120) und die Hebeleinrichtung (11) zueinander parallele horizontale Schwenkachsen aufweisen, welche quer zur Längsrichtung des Kontaktarms (120) verlaufen .
2. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelemente (122, 123) jeweils aufweisen:
- einen Isolator (250) ,
- ein Federelement (124) ,
- eine Kontaktplatte (122a, 123a) .
3. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontaktarm (120) einen Kontaktarmrahmen (121) , die Kontaktelemente (122, 123) und eine Kontaktarmverkabelung (125) der Kontaktelemente (122, 123) aufweist.
4. Gleichstromabnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend ein kontaktarmseitiges Schwenklager (163, 164) zwischen dem Kontaktarm (120) und der Hebeleinrichtung (11) .
5. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 4, aufweisend ein schwenkbares Schleifstück (150) zur Stromübertragung über das kontaktarmseitige Schwenklager (164) .
6. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 5, wobei das Schleifstück (150) einen Schleif sattel (151) , welcher mit dem Kontaktarm (120) fest verbunden ist, und eine relativ zu dem Schleif sattel (151) bewegliche Schleifscheibe (152) , welche mit der Hebeleinrichtung (11) fest verbunden ist, aufweist.
7. Gleichstromabnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hebeleinrichtung (11) einen oberen Hebel (130) und einen unteren Hebel (140) aufweist, welche über basisseitige Schwenklager (161, 162) , welche an einem basisseitigen Ende der jeweiligen Hebel (130, 140) angeordnet sind, mit der Basis (110) schwenkbar verbunden sind und über kontaktarmseitige Schwenklager (163, 164) , welche an einem kontaktarmseitigen Ende der jeweiligen Hebel (130, 140) angeordnet sind, mit dem Kontaktarm (120) schwenkbar verbunden sind.
8. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 7, wobei das basisseitige Schwenklager (162) des oberen Hebels (130) im Vergleich zu dem basisseitigen Schwenklager (161) des unteren Hebels (140) erhöht angeordnet ist.
9. Gleichstromabnehmer nach Anspruch 7 oder 8, wobei der untere Hebel (140) zwei parallele Hebelarme aufweist, die mit gegenüberliegenden Seiten der Basis (110) schwenkbar verbunden sind und über ein gemeinsames Schwenklager (163) mit dem Kontaktarm (120) schwenkbar verbunden sind.
10. Gleichstromabnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hebeleinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, den Kontaktarm (120) bei einer Kontaktierung einer Stromschiene (200) in eine vertikale Position zu versetzen, derart, dass die beiden Kontaktelemente (122, 123) zwei übereinander angeordnete Stromschienenelemente (240, 230) kontaktieren .
11. Schienenfahrzeug (1) , aufweisend: - einen Gleichstromabnehmer (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs (1) angeordnet ist, derart, dass die Schwenkachsen (161, 162, 163, 164) des Gleichstromabnehmers (100) parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs (1) orientiert sind,
- eine Traktionsstromrichtereinrichtung (8) ,
- eine Stromaufnahmeleitung (4c) und eine Stromabgabeleitung (4d) , welche gepaart angeordnet und zwischen den Gleichstromabnehmer (100) und die Traktionsstromrichtereinrichtung (8) geschaltet sind.
12. Stromschiene (200) , aufweisend:
- einen Mast (210) ,
- einen Stromschienenhalter (220) an dem Mast (210) ,
- mindestens ein erstes Stromschienenelement (230) , welches an einer ersten Höhenposition an dem Stromschienenhalter (220) angeordnet ist, zum Kontaktieren eines Kontaktelements (122) eines Gleichstromabnehmers (100) mit einer ersten Polarität, und mindestens ein zweites Stromschienenelement (240) , welches an einer sich von der ersten Höhenposition unterscheidenden zweiten Höhenposition an dem Stromschienenhalter (220) angeordnet ist, zum Kontaktieren eines Kontaktelements (123) des Gleichstromabnehmers (100) mit einer zweiten Polarität.
13. Stationäres Ladesystem (30) , aufweisend:
- ein stationäres bipolares Ladegerät (7) ,
- eine Stromschiene (200) nach Anspruch 12, welche mit dem stationären bipolaren Ladegerät (7) elektrisch verbunden ist .
14. Verfahren zum Kontaktieren oder Dekontaktieren einer Stromschiene (200) nach Anspruch 12 durch einen Gleichstromabnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die Schritte: - Betätigen einer Hebeleinrichtung (11) , welche mit einem Kontaktarm (120) des Gleichstromabnehmers (100) mechanisch gekoppelt ist,
- Ausführen einer kombinierten Schwenk- und Translationsbewegung durch den Kontaktarm (120) zum Kontaktieren des Kontaktarms (120) mit der Stromschiene (200) oder zum Dekontaktieren des Kontaktarms (120) von der Stromschiene (200) , vermittelt durch die Betätigung der Hebeleinrichtung (11) •
15. Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 11 mit einem stationären Ladesystem (30) nach Anspruch 13, aufweisend die Schritte:
- Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 14 zum Kontaktieren einer Stromschiene (200) des stationären Ladesystems (30) durch einen Gleichstromabnehmer (100) des Schienenfahrzeugs ( 1 ) ,
- Auf laden eines Traktionsakkumulators (6) des Schienenfahrzeugs (1) durch einen Ladestrom (I) , welcher über einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gleichstromabnehmer (100) des Schienenfahrzeugs (1) und der Stromschiene (200) des stationären Ladesystems (30) fließt,
- Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 14 zum Dekontaktieren des Gleichstromabnehmers (100) des Schienenfahrzeugs (1) von der Stromschiene (200) des stationären Ladesystems
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