DE19540913C1

DE19540913C1 - Stromabnehmer für die Energieübertragung zwischen einem Fahrdraht und einem Triebwagen

Info

Publication number: DE19540913C1
Application number: DE19540913A
Authority: DE
Inventors: Elmar Prof Dr Breitbach; Andreas Bueter
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2015-11-04
Also published as: CA2189410A1; ITMI962167A1; IT1284987B1; FR2740740B1; US5709292A; CA2189410C; FR2740740A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromabnehmer für die Ener gieübertragung zwischen einem Fahrdraht und einem Tragarm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen solchen Stromabnehmer, der bei schnellen Schienenfahrzeugen zur Anwendung kommt.

Ein Stromabnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 36 41 084 A1 bekannt. Dabei ist das elastische Element eine Feder. Gegen die elastische Kraft der Feder kann die Oberschere, zu der der zweite Tragarm gehört, Relativbewegungen gegenüber der Unterschere, zu der der erste Tragarm gehört, ausführen. Mit diesen Relativbewegungen folgt das Schleifstück dem sich durch die Anpresskraft des Schleifstücks unterschied lich stark anhebenden Fahrdraht vergleichsweise schnell, weil nur die träge Masse der Oberschere und des Schleifstücks und nicht des gesamten Stromabnehmers entgegenwirkt.

Ein Stromabnehmer für die Energieübertragung zwischen einem Fahrdraht und einem Triebwagen, mit einem an dem Triebwagen gelagerten und um eine erste horizontale Achse aufrichtbaren ersten Tragarm, mit einem an dem freien Ende des ersten Tragarms um eine zweite horizontale Achse schwenkbar gelagerten Paar von zweiten Tragarmen, wobei das Paar der Tragarme einen über die zweite horizontale Achse hinausstehenden Fortsatz aufweist, mit einer an dem Triebwagen und dem Fortsatz schwenkbar gelagerten Führungsstange und mit mindestens einem Schleifstück, daß sich an dem freien Ende des Paares der zweiten Tragarme abstützt, ist aus dem Artikel "406,9 km/h" - Weltrekord auf der Schiene - Energie übertragung bei der Rekordfahrt des ICE der DB, elektrische Bahnen eb, 86. Jahrgang, Heft 9/1988, Seiten 268 bis 289 bekannt. Der erste Tragarm, der Fortsatz der zweiten Tragarme und die Führungsstange bilden zusammen mit dem Triebwagen eine Viergelenkanordnung aus. Beim Aufrichten des ersten Tragarms um die erste horizontale Achse wird mit Hilfe dieser Viergelenk anordnung auch das Paar der zweiten Tragarme um die zweite horizontale Achse aufgerichtet. Diese zweite Aufrichtbewegung beruht auf den Angriff der Führungsstange an dem über die zweite horizontale Achse vorstehenden Fortsatz des Paares der zweiten Tragarme. Das Paar der zweiten Tragarme ist bei dem als SSS 87 bezeichneten Stromabnehmer Bestandteil einer zweiten Viergelenkanordnung, zu der noch eine zweite ebenfalls schwenkbar an dem ersten Tragarm gelagerte Führungsstange und ein an den freien Enden des zweiten Tragarms und der zweiten Führungsstange gelagertes Lagerstück gehören. Das Lagerstück ist für eine Wippe vorgesehen, die zwei Schleifstücke trägt. Die beiden Schleifstücke werden beim Aufrichten des ersten und des zweiten Tragarms mit einer Hubeinrichtung für den ersten Tragarm in parallelen Richtungen nach oben an den Fahrdraht herangeführt und an den Fahrdraht angepreßt, bis eine vorgegebene Kontakt kraft von ca. 120 Newton erreicht ist. Beim Anpressen der Schleifstücke an den Fahrdraht hebt sich dieser in Abhängigkeit von der Härte seiner Abstützung nach oben an. Die Abstützung des Fahrdrahts wird von einem sogenannten Kettenwerk gebildet. Maximal ist die Härte des Kettenwerks in dessen Stützstellen, minimal mittig zwischen den Stützstellen. Dies führt bei konstanter Aufrichtung des ersten Tragarms um die erste horizontale Achse zu unterschiedlichen Kontaktkräften der Schleifstücke über die Längserstreckung des Fahrdrahts. Dort wo sich der Fahrdraht stärker anhebt, sinkt die Kontaktkraft ab. Weitere Einflüsse auf die Kontaktkraft ergeben sich durch die Anströmung des Stromabnehmers durch den Fahrtwind. Hier ist es zwar möglich, Windleitbleche einzusetzen, um derartige aerodynamische Effekte auszugleichen. Die Auswirkungen der Windleitbleche sind jedoch im Tunnel und auf freier Strecke unterschiedlich. Darüberhinaus kommt es aufgrund der Windleit bleche gerade bei der Tunnelein- und -ausfahrt zu starken Schwankungen der Kontaktkraft. Zu den bisherigen Effekten treten dynamische Effekte hinzu. Das heißt, die anfängliche Schwankung der Kontaktkraft führt zu einer dynamischen Anregung des Kettenwerks und des Stromabnehmers, die eine Rückkopplung auf die Kontakt kraft aufweisen.

Aus der DE-Z: Elektrische Bahnen, 1993, H. 12, Seiten 382-388 "Aktive Stromabnehmer bei Hochgeschwindigkeitszügen" ist die Schwingungsdämpfung bei Stromabnehmern mit Weg-, Beschleuni gungs- oder Kraftsensoren, mit Hilfe geregelter Stellglieder grundsätzlich bekannt.

Aus der DE 42 30 799 C1 sind aktive Dämpfungsglieder mit Piezoaktuatoren bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, bei dem die Kontaktkraft des Schleifstücks an den Fahrdraht konstant gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei dem neuen Stromabnehmer ist ein Torsionsaktuator vorgesehen, der zwischen dem Fortsatz und jedem der zweiten Tragarme gezielt die Aufbringung einer Torsionskraft, d. h. eines Drehmoments auf den jeweiligen zweiten Tragarm um die zweite horizontale Achse, ermöglicht. Angesteuert werden die Torsionsaktuatoren in Abhän gigkeit von dem Signal mindestens eines an den Stromabnehmer angeordneten Weg-, Beschleunigungs- oder Kraftsensors. Das von der Steuerung berücksichtigte Signal sollte in einem möglichst engen Zusammenhang mit der Kontaktkraft des Schleifstücks an den Fahrdraht stehen. Es ist aber auch möglich, daß der Sensor eine Größe ermittelt, deren Veränderung irgendeinen Effekt auf die Kontaktkraft hat. Bei dieser Größe kann es sich beispielsweise um die Anströmgeschwindigkeit des Fahrtwinds an dem Stromabnehmer oder an ein an dem Stromabnehmer angeordnetes Windleitblech handeln. Die Steuerung verarbeitet das Signal, um die Kontaktkraft der Schleifstücke an den Fahrdraht konstant zu halten. Sie arbeitet dabei vorzugsweise als Regler, wenn als Eingangssignal ein direktes Maß für die Kontaktkraft des Schleifstücks an dem Fahrdraht vorliegt.

Für den neuen Stromabnehmer werden Torsionsaktuatoren benötigt, mit denen sehr schnell Torsionskräfte aufgebracht werden können, da die Störungen der Kontaktkraft bei schnellen Schienenfahr zeugen relativ hohe Frequenzen aufweisen. In einer möglichen Ausführungsform weisen die Torsionsaktuatoren jeweils einen koaxial zu der zweiten horizontalen Achse angeordneten Rohr abschnitt aus anisotropen Faserverbundwerkstoff auf, wobei ein linealer Aktuator den Rohrabschnitt in Richtung der zweiten horizontalen Achse beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung des anisotropen Faserverbundwerkstoffs treten Torsionskräfte zwischen den freien Enden des Rohrabschnitts auf. Dieser Effekt kann beispielsweise auch bei Spiralfedern beobachtet werden. Unter einem Faserverbundwerkstoff ist hier eine Matrix mit eingebetteten Fasern zu verstehen. Dabei bedeutet anisotroper Faserverbundwerkstoff, daß die Fasern eine Vorzugsorientierung in der Matrix aufweisen. Diese Vorzugsorientierung verläuft spiralförmig um die Achse des Rohrabschnitts.

Torsionskräfte zwischen den freien Enden des Rohrabschnitts werden bei derartigen Faserverbundwerkstoffen sowohl bei Beaufschlagung des Rohrabschnitts auf Druck als auch auf Zug beobachtet. Bei dem neuen Stromabnehmer ist es jedoch wichtig, daß die Verbindung des Fortsatz es des Paares der zweiten Tragarme und des jeweiligen zweiten Tragarms eine vergleichs weise hohe Grundsteifigkeit aufweist. Gleichzeitig sind die bekannten linearen Aktuatoren, wie piezo-elektrische und magneto-striktive Aktuatoren zwar auf hohe Druckkräfte aber nur auf geringe Zugkräfte belastbar. Darüberhinaus sollte der Torsionsaktuator einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen.

Unter diesen Randbedingungen erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Rohrabschnitt des anisotropen Faserverbundwerkstoffs unter Druckvorspannung steht, wobei der jeweilige lineare Aktuator den Rohrabschnitt zwischen dessen beiden freien Enden auf Zug beaufschlagt. Mit der Druckvorspannung des Rohrab schnitts ist sichergestellt, daß der lineare Aktuator keiner Zugbelastung ausgesetzt wird, sondern seinerseits unter Druck vorspannung steht. Gleichzeitig wirkt der unter Druckvorspannung stehende Aktuator einer weitergehenden Druckverformung des Rohrabschnitts entgegen, so daß eine ausreichende Grundsteifig keit des Torsionsaktuators gegeben ist.

Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn der lineare Aktuator im Inneren des jeweiligen Rohrabschnitts angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform weisen die Torsionsaktuatoren jeweils einen koaxial zu der zweiten horizontalen Achse ange ordneten und längs der Achse aufgeschnittenen Rohrabschnitt aus federelastischem Werkstoff auf, wobei mindestens ein linearer Aktuator mindestens einen in axialer und tangentialer Richtung endseitigen Bereich des Rohrabschnitts in paralleler Richtung zu der zweiten horizontalen Achse beaufschlagt. Bei derartigen Torsionsaktuatoren wirkt das Phänomen der Wölbverformung umge kehrt. Das heißt, es wird eine Wölbverformung eingeleitet, um eine Torsion des Rohrabschnitts zu erhalten. Die Angriffspunkte für das Aufbringen der Wölbverformung müssen nicht die in axialer und tangentialer Richtung jeweils äußersten endseitigen Bereiche sein. Vielmehr kann es sich im Einzelfall gerade als vorteilhaft erweisen, wenn die Angriffspunkte in axialer und/oder tangentialer Richtung etwas von den endseitigen Bereichen zurückgenommen werden, weil sich hierdurch die Übersetzung der eingeleiteten Wölbverformung in die gewünschte Torsion des Rohrabschnitts vergrößert. Es versteht sich, daß auch bei dem aufgeschnittenen Rohrabschnitt der nach dem Prinzip der Wölbver formung arbeitenden Torsionsaktuatoren auf eine ausreichende Grundsteifigkeit zu achten ist. Dies ist bei der Auswahl des federelastischen Werkstoffs für den Rohrabschnitt zu beachten. Grundsätzlich wäre es hier auch möglich, einen anisotropen Faserverbundwerkstoff einzusetzen. Ein solcher Rohrabschnitt könnte sowohl in Richtung der zweiten horizontalen Achse beauf schlagt als auch einer Wölbverformung unterworfen werden, um die gewünschten Torsionskräfte aufzubringen. Bei Torsionsaktuatoren, die nur nach dem Prinzip der Wölbverformung arbeiten, ist insbesondere Federstahl für die Ausbildung der aufgeschnittenen Rohrabschnitte geeignet. Dabei kann den Rohrabschnitten jeweils ein durchgehendes, zylindermantelförmiges Stützelement zugeordnet sein, damit sich die Verformung des aufgeschnittenen Rohrabschnitts auf die eingeleitete Wölbverformung und die damit einhergehende Torsion beschränkt, während darüberhinausgehend eine weitgehend starre Verbindung des Fortsatzes des Paares der zweiten Tragarme und des jeweiligen zweiten Tragarms gegeben ist.

Bei den nach dem Prinzip der Wölbverformung arbeitenden Torsionsaktuatoren können jeweils zwei sich in axialer und tangentialer Richtung gegenüberliegende endseitige Bereiche des aufgeschnittenen Rohrschnitts in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt werden. Hierfür können zwei oder nur ein einziger Aktuator vorgesehen sein. Bei einem einzigen Aktuator ist darauf zu achten, daß er nur in seiner linearen Arbeitsrichtung belastet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der nach dem Prinzip der Wölbverformung arbeitenden Torsionsaktuatoren ist der aufgeschnittene Rohrabschnitt jeweils von einem weiteren längs der zweiten horizontalen Achse aufgeschnittenen Rohrabschnitt umgeben, dessen Schnittlinie derjenigen des ersten Rohrab schnitts bezogen auf die zweite horizontale Achse radial gegenüberliegt. Hierdurch wird die Rotationssymmetrie des Torsionsaktuators um die zweite horizontale Achse verbessert.

Darüberhinaus ergeben sich vorteilhafte Anordnungsmöglichkeiten für die linearen Aktuatoren, bei denen ein linearer Aktuator jeweils beide aufgeschnittenen Rohrabschnitte beaufschlagt. So kann jeweils ein linearer Aktuator beide Rohrabschnitte in jeweils mindestens einem in axialer und tangentialer Richtung endseitigen Bereich beaufschlagen, wobei sich diese Bereiche an gegenüberliegenden Enden des Torsionsaktuators befinden. Hierbei ist es relativ leicht, sicher zu stellen, daß der jeweilige Aktuator nur in seiner linearen Arbeitsrichtung belastet wird.

Vorzugsweise sind die beide aufgeschnittene Rohrabschnitte beaufschlagenden linearen Aktuatoren in einem Ringraum zwischen den beiden Rohrabschnitten angeordnet. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau der Torsionsaktuatoren erreicht.

Die Anordnung der Torsionsaktuatoren jeweils zwischen dem Fort satzs des Paares der beiden zweiten Tragarme und einem Tragarm ermöglicht es, daß die Steuerung die beiden Torsionsaktuatoren getrennt voneinander ansteuert, wenn dies zur Einhaltung einer konstanten Kontaktkraft und insbesondere zur aktiven Dämpfung von dynamischen Anregungen des Stromabnehmers sinnvoll ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 den Stromabnehmer in schematisierter Seitenansicht,

Fig. 2 ein Detail des Stromabnehmers in perspek tivischer Darstellung,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform des Torsions aktuators,

Fig. 4 ein Detail des Torsionsaktuators gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des Torsions aktuators,

Fig. 6 und 7 ein Detail des Torsionsaktuators gemäß Fig. 5 im Querschnitt und in der Draufsicht und

Fig. 8 bis 10 ein Detail eines gegenüber Fig. 5 abge wandelten Torsionsaktuators in zwei Quer schnitten und einer Draufsicht.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Stromabnehmer 15 dient zum Anheben und Anpressen von zwei Schleifstücken 1 an einem Fahrdraht 2. Die Schleifstücke 1 stützen sich über endseitige Federbeine 4 an einer Wippe 5 ab. Insgesamt sind je Schleifstück 1 zwei Federbeine 4 vorgesehen. In Fig. 1 ist jedoch nur ein Federbein 4 je Schleifstück 1 ersichtlich. Die Wippe 5 ist um eine horizontale Achse 6 verkippbar an einem Lagerstück 7 gelagert. Das Lagerstück 7 ist verschwenkbar an dem oberen Ende eines Paares von Tragarmen 8 und 18 verschwenkbar gelagert. Darüberhinaus ist eine Führungsstange 9 verschwenkbar an dem Lagerstück 7 angelenkt. Sowohl das Paar von Tragarmen 8 und 18 als auch die Führungsstange 9 sind verschwenkbar an einem Tragarm 11 angelenkt. So ist insgesamt eine als Oberschere 10 bezeichnete Viergelenkanordnung gegeben. Der Tragarm 11 ist Bestandteil einer weiteren Viergelenkanordnung. Der Tragarm 11 ist selbst um eine horizontale Achse 30 verschwenkbar an einem Triebwagen 24 gelagert. An dem Triebwagen 24 ist weiterhin eine Führungsstange 13 verschwenkbar gelagert. Die Führungsstange 13 ist gelenkig mit einem Fortsatz 14 des Paares der Tragarme 8 und 18 verbunden. Dieser Fortsatz 14 ist mit den Tragarmen 8 und 18 um die horizontale Achse 28 verschwenkbar. Die untere Vier gelenkanordnung wird auch als Unterschere 12 bezeichnet. Zum Aufrichten des unteren ersten Tragarms 11 in Richtung des Pfeils 23 um die erste horizontale Achse 30 ist eine Hubeinrichtung 3 vorgesehen. Beim Aufrichten des ersten Tragarms 11 wird durch die Kopplung der Unterschere 12 und der Oberschere 10 auch das Paar der zweiten Tragarme 8 und 18 um die zweite horizontale Achse 28 aufgerichtet. Dabei sind der Fortsatz 14 des Paares der zweiten Tragarme 8 und 18 und die zweiten Tragarme 8 und 18 nicht starr miteinander verbunden, wie aus dem Detail gemäß Fig. 2 hervorgeht. Vielmehr stehen die Tragarme 8 und 18 mit dem Fortsatz 14 über Torsionsaktuatoren 16 und 17 in Verbindung. Die Torsionsaktuatoren 16 und 17 weisen zwar eine relativ hohe Torsionssteifigkeit auf. Gleichzeitig ist es mit den Torsions aktuatoren 16 und 17 aber auch möglich, Drehmomente zwischen dem Fortsatz 14 und den zweiten Tragarmen 8 und 18 gezielt aufzu bringen. Hierzu werden die Torsionsaktuatoren 16 und 17 von einer Steuerung 25 angesteuert. Die Steuerung 25 arbeitet in Abhängigkeit von einem Kraftsignal 21 eines Kraftsensors 19, der unterhalb eines Schleifstücks 1 die Kontaktkraft des Schleif stücks an dem Fahrdraht 2 mißt, und eines Beschleunigungssignals 22 eines Beschleunigungssensors 20 am oberen Ende des Tragarms 8. Darüberhinaus können weitere Weg-, Kraft- und/oder Beschleu nigungssensoren an dem Stromabnehmer angeordnet sein, deren Signale von der Steuerung berücksichtigt werden. Die Steuerung 25 steuert die Torsionsaktuatoren 16 und 17 so an, daß die Kontaktkraft der Schleifstücke 1 an dem Fahrdraht 2 weitest gehend konstant gehalten wird. Hierzu sind die über die Längserstreckung des Fahrdrahts 2 unterschiedlichen Härten dessen Abstützung durch ein Kettenwerk auszugleichen. Weiterhin sind dynamische Anregungen des Stromabnehmers zu dämpfen und aerodynamische Einflüsse des dem Stromabnehmer 15 anströmenden Fahrtwinds zu kompensieren.

Aus dem Detail gemäß Fig. 2 sind auch Spanndrähte 26 und 27 ersichtlich, mit denen das Paar der zweiten Tragarme 8 und 18 verspannt ist, um seine Steifigkeit zu erhöhen. Dennoch können die Torsionsaktuatoren 16 und 17 auch separat voneinander angesteuert werden, um bezüglich der Symmetrieebene des Stromabnehmers unsymmetrische Einflüsse auf den Stromabnehmer auszugleichen. Um die in Fig. 2 eingezeichnete Achse 29 ist die Führungsstange 9 an dem Tragarm 11 verschwenkbar gelagert.

Einen möglichen Aufbau eines der Torsionsaktuatoren 17 zwischen dem Fortsatz 14 und dem zweiten Tragarm 18 zeigt Fig. 3 im Längsschnitt entlang der zweiten horizontalen Achse 28. Der Torsionsaktuator 17 weist einen Rohrabschnitt 31 aus einem anisotropen Faserverbundwerkstoff auf. Der Rohrabschnitt 31 ist koaxial zu der zweiten horizontalen Achse 28 angeordnet. Die Enden des Rohrabschnitts 31 sind drehfest mit dem Fortsatz 14 einerseits und dem zweiten Tragarm 18 andererseits verbunden. Dabei werden der Fortsatz 14 und der Tragarm 18 sowie der zwischengeordnete Aktuator 17 gemeinsam von einer Lagerstange 32 durchsetzt. Auf die Lagerstange 32 ist eine Mutter 33 aufge schraubt, die über Tellerfedern 34 den zweiten Tragarm 18 an den Fortsatz 14 andrückt. Hierdurch steht der zwischengeordnete Rohrabschnitt 31 unter Druckvorspannung. In dem Ringraum zwischen dem Rohrabschnitt 31 und der Lagerstange 32 ist ein ringförmig ausgebildeter linearer Aktuator 35 angeordnet. Der lineare Aktuator 35 stützt sich einerseits an dem Fortsatz 14 und andererseits über einen Gleitring 36 an dem zweiten Tragarm 18 ab. Beim Betätigen des linearen Aktuators 35 wird so der Rohrabschnitt 31 in dem Sinne auf Zug beaufschlagt, daß die über die Tellerfedern 34 aufgebrachte Druckvorspannkraft teilweise weggenommen wird. Die mit unterschiedlichen Druckspannungen des Rohrabschnitts 31 verbundenen Torsionskräfte gehen aus Fig. 4 hervor. Fig. 4 zeigt den Rohrabschnitt 31 in einer schema tisierten Seitenansicht. Der Rohrabschnitt 31 besteht aus Faserverbundwerkstoff mit einer Matrix 37 und mit in die Matrix 37 eingebetteten Faser 38. Die Fasern 38 sind parallel zueinander angeordnet und bezogen auf die Achse des Rohrab schnitts 31 spiralförmig orientiert. Bei Veränderung einer Druckvorspannung auf den Rohrabschnitt 31 in Richtung der Pfeile 39 tritt eine Längsverformung des Rohrabschnitts 31 auf. Diese Längsverformung geht aufgrund des anisotropen Aufbaus des Faserverbundwerkstoffs mit einer relativen Verdrehung der beiden Enden des Rohrabschnitts 31 einher, die durch Symbole 40 und 41 andeutet ist. Auf diese Weise können mit dem linearen Aktuator 35 gemäß Fig. 3 Torsionskräfte zwischen dem Fortsatz 14 und dem zweiten Tragarm 18 aufgebracht werden. Ein derartiger Zusammen hang zwischen einer axialen Krafteinwirkung bzw. Verformung und einer Torsion wird beispielsweise auch beim Zusammendrücken von Spiralfedern beobachtet.

Auf einem anderen Wirkungsprinzip beruht die Ausführungsform des Aktuators 17, die in Fig. 5 im Längsschnitt entlang der zweiten horizontalen Achse 28 dargestellt ist. Hier sind zwischen dem Fortsatz 14 und dem zweiten Tragarm 18 zwei ineinander und koaxial zu der zweiten horizontalen Achse 28 angeordnete aufge schnittene Rohrabschnitte 42 und 43 vorgesehen. Die Schlitze 44 und 45 der beiden Rohrabschnitte 42 und 43 erstrecken sich parallel zu der Achse 28 und liegen einander bezogen auf die Achse 28 gegenüber. Jeder Rohrabschnitt 42 und 43 ist in dem Bereich gegenüber seines Schlitzes 44 bzw. 45 an einem Ende an dem Fortsatz 14 und an dem gegenüberliegenden Ende an dem Tragarm 18 drehfest befestigt. Dabei liegt der innere aufge schnittene Rohrabschnitt 43 mit einer nach innen gerichteten radialen Spannung an einer teilweise von dem Fortsatz 14 und teilweise von dem Tragarm 18 ausgebildeten Führungsbuchse 46 an, während der äußere aufgeschnittene Rohrabschnitt mit radial nach außen gerichteter Spannung an einer Führungshülse 47 anliegt. Durch diese Abstützungen wird die koaxiale Orientierung der beiden aufgeschnittenen Rohrabschnitte 42 und 43 stabilisiert. Gleichzeitig ist es aber möglich, mit Hilfe der aufgeschnittenen Rohrabschnitte 42 und 43 ein Drehmoment zwischen dem Fortsatz 14 und dem Tragarm 18 um die Achse 28 hervorzurufen. Für eine entsprechende Relativbewegung ist ein Gleitring 48 zwischen den beiden Teilen der Führungsbuchse 46 vorgesehen.

Wie die Torsion zwischen den beiden Enden des Aktuators 17 hervorgerufen wird, geht aus den Fig. 6 und 7 hervor. Dort sind die beiden aufgeschnittenen Rohrabschnitte im Längsschnitt und einer Draufsicht wiedergegeben. An den Rohrabschnitten 42 und 43 greifen zwei lineare Aktuatoren 49 und 50 an. Die Angriffspunkte liegen in axialen und tangentialen Randbereichen des jeweiligen Rohrabschnitts. Mit Hilfe der Aktuatoren 49 und 50 ist eine in Fig. 7 durch die Symbole 40 und 41 angedeutete Wölbverformung der Rohrabschnitte 42 und 43 einleitbar, die zu einer relativen Verdrehung der beiden Endbereiche der Torsionsabschnitte in Richtung der Pfeile 51 bzw. 52 führt. Gemäß Fig. 6 greifen die linearen Aktuatoren 49 und 50 jeweils an in axialer Richtung gegenüberliegenden Punkten an den aufgeschnittenen Rohrabschnitten 42 und 43 an. Dabei liegen diese Punkte nicht im absoluten tangentialen Endbereich des jeweiligen Rohrabschnitts. Anders verhält es sich bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 8 bis 10. Dort ist ein einziger ringförmig ausgebildeter linearer Aktuator 53 vorgesehen. Dieser wirkt über Gleitringe 54 und 55 auf die beiden aufgeschnittenen Rohrabschnitte 42 und 43 ein. Die Angriffspunkte befinden sich in den absoluten axialen und tangentialen Randbereichen der Rohrabschnitte, d. h. an ihren Enden in der Nähe der Schlitze 44 bzw. 45. Die Gleitringe 54 und 55 stellen sicher, daß der lineare Aktuator 53 nur in seiner Arbeitsrichtung belastet wird. Dies ist bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 6 und 7 durch eine gelenkige Befestigung der linearen Aktuatoren 49 und 50 an den beiden Rohrabschnitten zu bewerkstelligen. Die Auswirkungen der durch den ringförmigen linearen Aktuator 53 auf die Rohrabschnitte 42 und 43 ausgeübten Wölbverformung ergibt sich aus Fig. 10, in der die Pfeile 51 die Drehrichtung des oberen Endes des Aktuators 17 bei der eingeleiteten Torsion andeuten.

Bezugszeichenliste

1 Schleifstück
2 Fahrdraht
3 Hubeinrichtung
4 Federbein
5 Wippe
6 Achse
7 Lagerstück
8 zweiter Tragarm
9 Führungsstange
10 Oberschere
11 erster Tragarm
12 Unterschere
13 Führungsstange
14 Fortsatz
15 Stromabnehmer
16 Torsionsaktuator
17 Torsionsaktuator
18 zweiter Tragarm
19 Kraftsensor
20 Beschleunigungssensor
21 Kraftsignal
22 Beschleunigungssignal
23 Pfeil
24 Triebwagen
25 Steuerung
26 Spanndraht
27 Spanndraht
28 zweite horizontale Achse
29 Achse
30 erste, horizontale Achse
31 Rohrabschnitt
32 Lagerstange
33 Mutter
34 Tellerfeder
35 linearer Aktuator
36 Gleitring
37 Matrix
38 Faser
39 Pfeil
40 Symbol
41 Symbol
42 Rohrabschnitt
43 Rohrabschnitt
44 Schlitz
45 Schlitz
46 Führungsbuchse
47 Führungshülse
48 Gleitring
49 linearer Aktuator
50 linearer Aktuator
51 Pfeil
52 Pfeil
53 linearer Aktuator
54 Gleitring
55 Gleitring
56 -
57 -
58 -
59 -
60 -

Claims

1. Stromabnehmer für die Energieübertragung zwischen einem Fahrdraht und einem Triebwagen, mit einem an dem Triebwagen gelagerten und um eine erste horizontale Achse aufrichtbaren ersten Tragarm, mit einem an dem freien Ende des ersten Tragarms um eine zweite horizontale Achse schwenkbar gelagerten zweiten Tragarm, wobei der zweite Tragarm mit einem über die zweite horizontale Achse hinausstehenden Fortsatz über ein elastisches Element verbunden ist, mit einer an dem Triebwagen und dem Fortsatz schwenkbar gelagerten Führungsstange und mit mindestens einem Schleifstück, das sich an dem freien Ende des zweiten Tragarms abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element einen koaxial zu der zweiten horizontalen Achse (28) angeordneten Rohrabschnitt (31, 42, 43) aufweist, daß ein linearer Aktuator (35, 49, 50, 53) den Rohrabschnitt (31) mit einer Kraft beaufschlagt, daß der Rohrabschnitt (31, 42, 43) derart ausgebildet ist, daß sich bei einer Verformung des Rohrabschnitts (31, 42, 43) durch den linearen Aktuator die beiden Enden des Rohrabschnitts um die zweite horizontale Achse (28) gegeneinander verdrehen, und daß eine aktive Steuerung (25) für das Ansteuern des linearen Aktuators (35, 49, 50, 53) vorgesehen ist.

2. Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (25) den linearen Aktuator (35, 49, 50, 53) in Abhängigkeit von dem Signal (21, 22) mindestens eines an dem Stromabnehmer angeordneten Weg-, Beschleunigungs- oder Kraft sensors (19, 20) ansteuert.

3. Stromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß an dem freien Ende des ersten Tragarms (11) ein Paar von zweiten Tragarmen (8 und 18) gelagert ist.

4. Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (31) aus anisotropem Faserverbundwerkstoff besteht, wobei der lineare Aktuator (35) den Rohrabschnitt (31) in Richtung der zweiten horizontalen Achse (28) beaufschlagt.

5. Stromabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff eine Matrix mit eingebetteten Fasern aufweist, wobei die Fasern spiralförmig um die zweite horizon tale Achse (28) angeordnet sind.

6. Stromabnehmer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß der Rohrabschnitt (31) unter Druckvorspannung steht und daß der jeweilige lineare Aktuator (35) den Rohrabschnitt (31) auf Zug beaufschlagt.

7. Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Aktuator (35) im Inneren des jeweiligen Rohrabschnitts (31) angeordnet ist.

8. Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (42, 43) längs der zweiten Achse (28) aufgeschnitten ist und aus federelastischem Werkstoff besteht, wobei mindestens ein linearer Aktuator (49, 50 und/oder 53) mindestens einen in axialer und tangentialer Richtung endseitigen Bereich des Rohrabschnitts (42, 43) in paralleler Richtung zu der zweiten horizontalen Achse (28) beaufschlagt.

9. Stromabnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Rohrabschnitt (42, 43) zwei sich in axialer und tangentialer Richtung gegenüberliegende endseitige Bereiche in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt werden.

10. Stromabnehmer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der aufgeschnittene Rohrabschnitt (43) von einem weiteren längs der zweiten horizontalen Achse (28) aufge schnittenen Rohrabschnitt (42) umgeben ist, dessen Schlitz (44) dem Schlitz (45) des inneren Rohrabschnitts (43) bezogen auf die zweite horizontale Achse (28) radial gegenüberliegt.

11. Stromabnehmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein linearer Aktuator (49, 50 bzw. 53) beide Rohrab schnitte (42 und 43) in jeweils mindestens einem in axialer und tangentialer Richtung endseitigen Bereich beaufschlagt, wobei sich diese Bereiche an gegenüberliegenden Enden der Rohrabschnitte (42, 43) befinden.

12. Stromabnehmer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die linearen Aktuatoren (49, 50 und 53) in einem Ringraum zwischen den beiden Rohrabschnitten (42 und 43) angeordnet sind.

13. Stromabnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (25) die den beiden zweiten Tragarmen (8 und 18) zugeordneten linearen Aktuatoren (35, 49, 50, 53) getrennt voneinander ansteuert.