NO326794B1 - Stromskinne for skinnegaende kjoretoy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en strømskinne for skinnegående kjøretøy, med to spennarmer, mellom hvilke en kjøreledning holdes, idet strømskinnen oppviser et langstrakt, enhetlig profil som er slisset i lengderetningen, med en tverrholder som spennarmene rager hovedsakelig vinkelrett ut fra, idet spennarmene hver er forbundet med en klemarm som forløper i en spiss vinkel med en symmetriakse, idet spennarmene og/eller klemarmene er utformet fjærelastisk, og idet kjøreledningen utelukkende holdes av fjærkraften i spennarmene og /eller klemarmene.

En slik strømskinne er kjent fra US 5957254.

Skinnegående kjøretøy, slik som f.eks. elektrisk drevne jernbaner, tilføres strøm via et kjøreledningsanlegg. Kjøreledningsanlegget består i de fleste tilfeller av kjøreledninger som er opphengt i bærekabler og holdes av bærekonstruksjoner. Strømoverføringen fra kjøreledning skjer via en strømavtaker anbragt på kjøretøyet og som betegnes som glidebøyle eller pantograf. Selv om bærekablene er sterkt strammet, kan det ikke unngås at disse henger ned mellom de enkelte opphengspunkter, slik at høyden til kjøreledningen over skinnen stadig endres, hvilket må utlignes ved bevegelser av pantografen. Dermed endres imidlertid også kontaktkreftene mellom pantograf og kjøreledning, hvilket kan føre til svingninger, uensartet overgangsmotstand og gnistdannelse.

I DE 24 36 640 er det foreslått å anordne opphengningen av kjøreledningene i festepunkter med forskjellig avstand og uregelmessig rekkefølge, for å oppnå en bølgeutbredelse av svingningene med forskjellig bølgelengde og å unngå resonanser. For høyhastighetsstrekninger, der det skal kjøres med 240 km/t og hurtigere, er imidlertid dette tiltaket ikke tilstrekkelig.

Videre anvendes for strømoverføring også stive strømskinner som ledere som utsettes for slitasje, idet strømskinnene hovedsakelig bare anvendes som kjøreledning i tunneler, ettersom de trenger mindre plass. Slike strømskinner er kjent fra DE 201 00 960 U1, DE 201 01 581 U1, DE 42 07 622 C2, DE 195 48 103 C1 og AT 409 904 B.

Strømskinner i hvilke en kjøreledning av kobber er innklemt mellom holdearmer og dermed holdes er kjent fra US 918.761, FR 2 470 020 og US 4 230 209. Derved anvendes en såkalt rilleledning, dvs. en kobberledning med V-formede riller, i hvilke klemarmer på strømskinnen griper formsluttende inn, for å holde kjøreledningen. Kjøreledningen, som slipes av pantografen og dermed utsettes for slitasje, kan dermed skiftes ut.

Fastklemmingen av rilleledningen skjer ved at de to speilsymmetrisk overfor hverandre liggende spennarmer er skrudd sammen over rilleledningen (US 4.230.209, FR 2 470 020, DE 43 33 446 A1, DE 195 48 103 C1) eller naglet sammen (US 918.761).

Monteringen av rilleledningen på strømskinnen, enten ved den første montering eller ved senere utskifting av en slitt kjøreledning er derfor meget tidkrevende og arbeidskrevende, ettersom det må dannes skrue- eller nagleforbindelser med korte avstander.

De enkelte elementer av strømskinnen har i praksis en lengde på ca. 10 til 12 m. I overgangssteder mellom to nabostrømskinner oppstår derved det problemet at for en mest mulig nøyaktig rettlinjet innretting av strømskinnene må disse på hver side av overgangsstedet fastgjøres til en bærekonstruksjon eller til taket i en tunnel, hvilket likeledes krever en betydelig arbeidsinnsats. Dersom for eksempel hver strømskinne bare fastgjøres ved sitt midtparti til en bærekonstruksjon eller en tunnelvegg, kan de to endene av strømskinnene bøyes ned på grunn av dens egen vekt, slik at det i overgangsstedet oppstår merkbare knekker i forhold til skinneaksen, og som belaster kjøreledningen mekanisk og fører til svingninger i strømoverføringen.

En oppgave for oppfinnelsen er å komme frem til en strømskinne som er enkel å montere, og slik at kjøreledningen enkelt kan skiftes ut og at det sikres et mest mulig rettlinjet forløp for kjøreledningen, også i overgangssteder mellom nabostrømskinneelementer.

Denne oppgaven løses med de trekk som er angitt i den kjennetegnende delen av patentkrav 1. Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er tverrholderen bredere enn avstanden mellom spennarmene på tvers av lengderetningen til strømskinnen, slik at tverrholderen rager utenfor spennarmene på hver side. Derved økes flatetreghetsmomentet og dermed stivheten til strømskinnen.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er i overgangsområdet fra spennarmene til klemarmene anordnet sideveis utragende kragarmer, med en overside som vender mot tverrholderen som er plan og en underside som vender mot kjøreledningen som oppviser en rille. Disse kragarmer tjener på den ene side til holding og føring av en ledningsinnlegningsinnretning som sprer de to spennarmene fra hverandre for innlegging eller fjernelse av kjøreledningen. Denne innretningen kan beveges langs oversiden av kragarmene og gripe inn i rillene som befinner seg på undersiden for å spre spennarmene fra hverandre. Dessuten tjener også disse kragarmer til å øke flatetreghetsmomentet og dermed å forbedre bøyestivheten til strømskinnen.

Fremspringene på overgangssteder mellom på hverandre følgende strømskinner danner en fjær i en not- og fjærforbindelse mellom spennarmene og skjøtelasker som rager over skjøtestedet. Skjøtelaskene har spor som motsvarer fremspringene og fastgjøres på hver side av skjøtestedet til spennarmene med bare én eller to skruer. Spennarmene har for dette en boring og skjøtelaskene en gjenget boring. Med denne not- og fjærforbindelsen oppnås også på skjøtestedene mellom nabostrømskinner en nøyaktig, rettlinjet utretting av kjøreledningen, og det oppstår ingen knekk på skjøtestedene. Dermed er disse strømskinner også anvendbare for høye hastigheter på inntil 250 km/t og mer. Fortrinnsvis anvendes to skjøtelasker per skjøtested, forbundet med en av de to spennarmer.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen kan mellom skjøtelasken og den tilordnede spennarmen være anordnet i det minste én og fortrinnsvis to kontaktlamellstrimler som forbedrer den elektriske forbindelsen mellom skjøtelaskene og spennarmene i nabo-strømskinner. For entydig fastgjøring og bedre montering av kontaktlamellstrimlene kan skjøtelaskene for å oppta og holde kontaktlamellstrimlene oppvise en fordypning med underskjæringer på hver side.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen kan på oversiden av tverrholderen være anordnet et steg som forløper i hele lengden av strømskinnen og som rager vinkelrett fra overflaten av tverrholderen. Det kan også benyttes flere slike steg parallelt langs hverandre.

i det følgende skal oppfinnelsen forklares nærmere ved hjelp av utførelseseksempler i forbindelse med tegningene.

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en strømskinne i henhold til et første utførelseseksempel på

oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en strømskinne i henhold til et andre utførelseseksempel på oppfinnelsen. Fig. 3 viser et tverrsnitt av en strømskinne i henhold til et tredje utførelseseksempel på

oppfinnelsen.

Fig. 4 viser en sideprojeksjon av strømskinnen i fig. 3.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av en skjøtelask.

Fig. 6 viser en forstørret fremstilling av utsnittet A i fig. 6.

Fig. 7 viser en sideprojeksjon av skjøtelasken i fig. 6 med innsatte kontaktlameller.

Fig. 1 viser en strømskinne 1 som oppviser et profil som er slisset på langs, i hvilket en kjøreledning 2 er innlagt og holdes formsluttende. Strømskinnen 1 har en plateformet tverrholder 3 med plan overflate, fra hvilken to spennarmer 4 og 5 som ligger speilsymmetrisk om en symmetriakse 6 rager hovedsakelig vinkelrett ut. Fra tverrholderen er spennarmene 4 og 5 utformet svakt avsmalnende, idet vinkelen mellom inner- og ytterflate på spennarmene utgjør omtrent 1,5°. På de frie ender av spennarmene 4 og 5 er anbragt klemarmer 7 og 8, som rager i en spiss vinkel fra spennarmene og forløper mot hverandre, idet klemarmene hver oppviser en spiss som griper inn i tilsvarende utformede riller 9, 10 i kjøreledningen 2. De nevnte spisser og rillene 9 og 10 har for eksempel en vinkel på 78°. Rillene 9 og 10 er anordnet over et plan som går gjennom en midtre akse i kjøreledningen.

I overgangsområdet mellom spennarmene 4, 5 og klemarmene 7, 8 er anbragt sideveise kragarmer 11,12 som er rettet bort fra symmetriaksen, med en overside rettet mot tverrholderen 3 som er plan og med en underside rettet bort fra tverrholderen 3 som oppviser en utsparing eller rille 13, 14, som tjener som føring for en bevegelig kjøre-lednings-innlegningsinnretning som sprer spenn- og klemarmene fra hverandre for innlegging av kjøreledningen.

Tverrholderen 3 rager på hver side sideveis utenfor spennarmene 4 og 5 og er utformet med avskrådde fortykninger i overgangsområdet til spennarmene.

Hele den ovenfor beskrevne strømskinnen 1 er utformet som et enhetlig profil som kan fremstilles ved en ekstruderingsprosess. Som materiale anvendes for eksempel aluminium eller en aluminiumlegering, som har god elektrisk ledningsevne, slik at strømtilførselen til kjøreledningen 2 også kan skje gjennom strømskinnen 1. Strømskinnen 1 danner et i størst mulig grad lukket kasseprofil som bare er gjennom-brutt av en langsgående sliss for anbringelse av kjøreledningen 2, og som holder kjøreledningen 2 bare ved fjærkrefter i spenn- og klemarmene. Profilet som helhet er i høy grad bøye- og vridningsstivt, og spenn- og klemarmene kan i en viss grad beveges fjærelastisk fra hverandre i forhold til symmetriaksen 6 for innlegging eller utskifting av kjøreledningen. På den annen side er denne bevegelsesmuligheten så begrenset på grunn av formgivningen, dimensjoneringen og materialegenskapene at kjøreledningen 2 holdes sikkert og også ved mekaniske belastninger på grunn av strømavtakeren til et kjøretøy holdes sikkert.

Av hensyn til transport, håndterbarhet og montering har strømskinner langs en strekning en lengde på maksimalt 10 til 12 m. For en strekning forbindes flere strømskinner ende mot ende med hverandre, hvilket skjer ved bruk av skjøtelasker 15, 16, som innsettes i det indre av strømskinneprofilet og rager over skjøtestedet mellom to nabostrømskinner (se fig. 4).

Fig. 1 viser to slike skjøtelasker 15, 16, som generelt har en rettvinklet profil og som hver fastgjøres på innsiden av en tilordnet spennarm 4, 5. Lengden av skjøtelaskene 15, 16 ligger i størrelsesområdet 40 cm. Skjøtelaskene tjener til både elektrisk forbindelse mellom to nabostrømskinneprofiler og til overføring av mekaniske krefter. Skjøtelaskene 15, 16 er fastgjort med skruer 17, 18 som rager gjennom boringer 19, 20 i spennarmene 4, 5 og er innskrudd i gjengede boringer 21, 22 i skjøtelaskene 15, 16. For hver skjøtelask trengs bare to til fire skruer, som innskrus i nabostrømskinner på hver side av en strømskinneskjøt.

På grunn av en hullklaring i boringene 19, 20 kan det oppstå en liten men allikevel ugunstig utbøyning fra strømskinneaksen, slik at det oppstår en knekk på skjøtestedet. En slik knekk har negativ innvirkning på strømoverføringen, ettersom strømavtakeren avbøyes og derved ikke kan stryke kontinuerlig mot kjøreledningen 2, slik at kontaktkreftene mellom strømavtakeren og kjøreledningen øker eller minsker, og slik at det er fare for at strømavtakeren forlater profilet, mister kontaktkraften og dermed også strømtil-førselen. Disse mekanisk-geometriske og elektriske ulemper kan ikke godtas for en høyhastighets takstrømskinne. Av denne grunn dannes foruten skrueforbindelsen også en formsluttende forbindelse mellom strømskinnene og skjøtelaskene, etter prinsippet for en not- og fjærforbindelse.

For dette formål er det på innsiden av spennarmene 4 og 5 anbragt fremspring 23, 24, 25, 26, som rager innover i hulrommene i strømskinneprofilet. Fremspringene forløper i hele lengden av en strømskinne, ettersom det dreier seg om et ekstrudert profil. Avstanden mellom fremspringene 23 og 24, hhv. 25 og 26 er valgt størst mulig, dvs. at fremspringene befinner seg så nær de to ender av spennarmene 4 og 5 som mulig.

Skjøtelaskene 15 og 16 har tilsvarende spor 27, 28, hhv. 29, 30 i hvilke de tilordnede fremspring 23 - 26 rager inn. Med denne formsluttende not- og fjærforbindelsen har en eventuell hullklaring i boringene 19, 20 ikke lenger noen virkning, og selv om not- og fjærforbindelsen skulle ha en liten klaring, går på grunn av lengden av skjøtelaskene og dermed lengden av not- og fjærforbindelsen en utbøyning eller knekk mellom nabo-strømskinnene faktisk mot null. Dermed kan strømskinnene praktisk talt legges nøyaktig langs en akse, og det opptrer ingen diskontinuiteter, slik at strømoverføringen forbedres og det muliggjøres også høye hastigheter f. eks. på 250 km/t og høyere. Eventuelle deformasjoner fordeler seg kontinuerlig i hele strømskinneanlegget. Utbøyninger i vertikal retning inntreffer ikke lenger i skjøtestedene.

Dessuten oppnås på grunn av fremspringene 23, 24, hhv. 25, 26 en øket avstivning av strømskinneprofilet.

I utførelseseksemplet i fig. 1 har fremspringene 23 - 26 i tverrsnitt en trapesformet profil, fortrinnsvis profilen til et likesidet trapes. Tilsvarende har sporene 27 - 30 også en trapesformet profil, med en dybde som er litt større enn høyden til fremspringene 23 - 26. Derved oppnås en kilevirkning som sikrer at det alltid oppstår en fast forbindelse i not- og fjærforbindelsen, selv når det ved fremstillingen av fremspringene og/eller sporene dannes en viss klaring. Derved oppnås alltid en definert mekanisk forbindelse og samtidig en problemfri elektrisk kontakt. Dessuten skal det nevnes at skruene 17, 18 ikke må oppta noen (vertikale) tverrkrefter, slik at det for hver strømskinneskjøt trengs fire til åtte skruer, nemlig to for hver skjøtelask. Det skal også vises til at de fremre kanter av fremspringene og de fremre kanter av sporene kan ha en avfasning eller avrunding for å lette innleggingen av skjøtelaskene.

For å oppnå en bedre elektrisk forbindelse mellom skjøtelaskene og spennarmene kan i henhold til en utførelse av oppfinnelsen anordnes én eller to kontaktlamellstrimler 31, 32, 33, 34 mellom utsiden av skjøtelaskene 15 og 16 og innsiden av spennarmene 4 og 5, hvilket skal beskrives mer detaljert i forbindelse med fig. 5, 6 og 7. Derved sikres at den elektriske forbindelsén ikke bare dannes i områder ved not- og fjærforbindelsen, men også mellom de vertikale overflater av skjøtelaskene og spennarmene som har større flater.

I utførelseseksemplet i fig. 2 er fremspringene 23 - 26 og sporene 27 - 30 utformet rettvinklet, hvilket i forsøk førte til en forbedret kraftoverføring. Ettersom dybden av sporene 27 - 30 er større enn høyden av fremspringene 23 - 26, sikres at de vertikale, motsatt liggende flater på skjøtelaskene og spennarmene kommer i berøring med hverandre. Derfor er det ikke ubetinget nødvendig å anordne kontaktlamellstrimlene 31 - 34. Allikevel kan disse naturligvis anordnes for minskning av overgangsmotstanden.

Dessuten er i utførelseseksemplet i fig. 2, for øket avstivning av strømskinneprofilet, på oversiden av tverrholderen 3, anordnet et vinkelrett fra denne ragende steg 34, som forløper i hele lengden av strømskinnen. Dette steget er i utførelseseksempelet i fig. 2 anordnet ved midten. Det er også mulig å anordne flere slike steg, som derved forløper i avstand fra hverandre og parallelt.

Det skal her nevnes at slike steg også kan være anordnet på strømskinnene i henhold til de øvrige utførelseseksempler, i fig. 1 og 3 - 7.

I utførelseseksemplet i fig. 3 er sporene 27 - 30 og fremspringene 23 - 26 utformet med trekantet tverrsnitt. Også her kan ved passende dimensjonering av fremspringene og/eller sporene sikres at de vertikale flater på skjøtelaskene og spennarmene alltid berører hverandre, slik at også her kan kontaktlamellstrimlene utelates. Fig. 4 viser en sideprojeksjon av et skjøtested 35 mellom to nabostrømskinner 1 og 1a, som på skjøtestedet 35, som her for tydeliggjøring er vist med en forstørret spalt, følger etter hverandre og overdekkes av skjøtelaskene 15 og 16 (ikke vist i fig. 4). I praksis holdes spalten så liten som mulig og bestemmes av avstanden mellom boringene 19 og 20 fra endeflaten 36, 36a til strømskinnen 1, hhv. 1a, og avstanden fra de gjengede boringer 21, 22 til skjøtelaskene 15, 16. I praksis vil, med en lengde for skjøtelaskene på ca. 400 mm, avstanden mellom de gjengede boringer i en skjøtelask ligge ved 200 mm, idet disse boringer skal anordnes symmetrisk om midten av skjøtelaskene. Fig. 5 viser et tverrsnitt av en skjøtelask som tilsvarer fig. 2, og fig. 6 viser et forstørret utsnitt av detaljen A. For fastgjøring av kontaktlamellstrimlene er på den vertikale flaten

36, som i montert tilstand ligger overfor spennarmen, anordnet en fordypning 37, som langs kanten oppviser underskjæringer 38 og 39. I denne fordypningen 37 kan en kontaktlamellstrimmel innlegges og holdes av underskjæringene 38 og 39. Underskjæringene har i bunnen en avrunding. Kontaktlamellstrimlene rager i hele lengden av skjøtelaskene, slik det fremgår av fig. 7. Slike kontaktlamellstrimler er handelsvare. De består av godt elektrisk ledende materiale, slik som f.eks. kobber eller aluminium, og har mange fleksible lameller. Dybden av fordypningen 37 ligger i praksis ved ca. 0,5 mm, mens bredden av fordypningene ligger i størrelsesområdet 13 til 14 mm. Vinkelen i underskjæringen 38 er i størrelsen 30°.

Som det fremgår av fig. 5 har skjøtelasken to fordypninger 37 og 37a, som fortrinnsvis er anordnet symmetrisk om den midtre aksen til den gjengede boringen 22.

Fig. 7 viser en sideprojeksjon av en skjøtelask med innlagte kontaktlamellstrimler 31 og 32 og de to gjengede boringer 19.

Med oppfinnelsen oppnås meget stabile strømskinner som er enkle å montere, som hulprofiler som er slisset på langs, som ikke har noen utbøyninger i vertikal retning og som derfor er egnet for høyhastighetsstrekninger. På grunn av en formsluttende forbindelse mellom to hulprofiler med langsgående sliss oppnås en god elektrisk forbindelse, som ytterligere kan forbedres med kontaktlamellstrimler. På grunn av den spesielle formen av strømskinnene muliggjøres en problemfri og også automatisert innlegging og også lengere brukstid for en kjøreledning.

Claims (11)

1. Strømskinne for skinnegående kjøretøy, med to spennarmer, mellom hvilke en kjøreledning holdes, idet strømskinnen (1) oppviser et langstrakt, enhetlig profil som er slisset i lengderetningen, med en tverrholder (3) som spennarmene (4, 5) rager hovedsakelig vinkelrett ut fra, idet spennarmene (4, 5) hver er forbundet med en klemarm (7, 8) som forløper i en spiss vinkel med en symmetriakse (6), idet spennarmene (4, 5) og/eller klemarmene (7, 8) er utformet fjærelastisk, og idet kjøreledningen (2) utelukkende holdes av fjærkraften i spennarmene og /eller klemarmene (7, 8),karakterisert vedat hver spennarm (4, 5) på innsiden som vender mot den andre spennarmen oppviser i det minste ett fremspring (23, 24, 25, 26) som forløper i hele lengden av strømskinnen (3), og at det på hvert skjøtested (35) mellom suksessive strømskinner (1, 1a) er anordnet i det minste én skjøtelask (15, 16) som rager over skjøtestedet (35), idet skjøtelasken (15, 16) oppviser spor (27 - 30) som opptar fremspringene (23 - 26).

2. Strømskinne i henhold til krav 1, karakterisert vedat tverrholderen (3) er bredere enn avstanden mellom spennarmene (4, 5) på tvers av lengderetningen til strømskinnen.

3. Strømskinne i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat i overgangsområdet mellom spennarmene (4, 5) og klemarmene (7, 8) er det anordnet sideveis ragende kragarmer (11, 12) med en overside vendende mot tverrholderen (3) som er plan og med en underside vendende mot kjøreledningen (2) som oppviser en rille (13, 14).

4. Strømskinne i henhold til krav 1, karakterisert vedat hver spennarm (4, 5) oppviser to fremspring (23, 24; 25,

26) som er anordnet nær de to ender av spennarmen (4, 5).

5. Strømskinne i henhold til krav 1 eller 4, karakterisert vedat fremspringene (23, 24, 25, 26) i tverrsnitt har en rettvinklet, trapesformet eller trekantet profil.

6. Strømskinne i henhold til et av kravene 1-5, karakterisert vedat skjøtelasken (15, 16) på hver side av skjøtestedet (35) oppviser en gjenget boring (21, 22), med hvilken skjøtelasken (15, 16) kan skrues sammen med endene av to på hverandre følgende strømskinner (1, 1a).

7. Strømskinne i henhold til krav 6, karakterisert vedat det for hvert skjøtested (35) er anordnet to skjøtelasker (15, 16) som hver kan forbindes med en av de to spennarmer (4, 5).

8. Strømskinne i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert vedat det mellom skjøtelaskene (15, 16) og den tilordnede spennarmen (4, 5) er anordnet i det minste én kontaktlamellstrimmel (31-34).

9. Strømskinne i henhold til krav 8, karakterisert vedat hver skjøtelask (15, 16) er tilordnet to parallelle kontaktlamellstrimler (31, 32; 33, 34).

10. Strømskinne i henhold til krav 8 eller 9, karakterisert vedat skjøtelasken (15, 16) for å oppta og holde kontaktlamellstrimlene (31 - 34) oppviser en fordypning (37) med underskjæringer (38) på hver side.

11. Strømskinne i henhold til et av kravene 1-10, karakterisert vedat det på oversiden av tverrholderen (3) er anordnet i det minste ett steg (37) som rager vinkelrett oppover, og som forløper i hele lengden av strømskinnen.