DE19856637A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeug - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeug zu entwickeln, mit der bzw. mit dem eine kontrollierte Stromabnahme durch eine Kraft- und/oder Lageregelung im Hochgeschwindigkeitsbereich problemlos ermöglicht und zugleich die aerodynamischen Geräusche signifikant reduziert werden. DOLLAR A Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das auf dem Fahrzeugdach montierte stromlinienförmige Gehäuse 3 aus teleskopartig geführten, inneren und äußeren Cover-Segmenten 5 mit einem am inneren Cover-Segment angeformten Cover-Dach 6 zusammengesetzt ist. Die Cover-Segmente 5 sind durch mindestens zwei im Gehäuseinneren angeordnete, mit einem horizontal zu der Isolatorachse B-B gelegenen elektromechanischen Antrieb 40 betätigbare Hubeinrichtungen 29 auf unterschiedliche Hubhöhen ein- und ausfahrbar, wobei die Hubeinrichtungen 29 und alle weiteren Einbauten durch die Cover-Segmente vertikal umschlossen sind. Die Wippe 46 mit Schleifleiste 48 und Isolator 11 ist relativ zu den Hubhöhen der Cover-Segmente 5 durch einen hochfrequenten Antrieb 71 vertikal verfahrbar und um die Isolatorachse B-B drehbar. Zwischen Schleifleiste 48 und Isolatorflansch 45 befindet sich eine Feder-Dämpfereinheit 49 zur Entkopplung der vertikal einwirkenden Kräfte und zur Dämpfung der Kontaktkraftschwankungen. Der Leiter zwischen Isolator und fahrzeugseitiger ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeug, mit einem auf dem Fahrzeugdach angeordneten stromlinienförmigen Gehäuse zur Aufnahme einer Hubeinrichtung, an der eine eine Schleifleiste tragende, Hörner aufweisende Wippe eines Stromabnehmers befestigt ist, einem Isolator zum Halten und Isolieren des Stromabnehmers und einem Leiter zum Ableiten des vom Stromabnehmer aufgenommenen Stromes.

Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeuges, bei dem der vom Isolator gehaltene Stromabnehmer mit Schleifleiste und Wippe vertikal angehoben und abgesenkt wird.

Die von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeuge, erreichbare Maximalgeschwindigkeit wird bekanntlich durch die Stromabnahme vom Fahrdraht über den Stromabnehmer maßgeblich bestimmt, der gegen den Fahrdraht gedrückt wird. Es ergibt sich eine Kontaktkraft zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer, die infolge der dynamischen Interaktion von Fahrdraht und Stromabnehmer beträchtlich variieren kann.

Die Größe dieser Kontaktkraft wird erheblich beeinflußt durch die Reibung zwischen den Schleifleisten und dem Fahrdraht, der Steifigkeit der Oberleitung, der örtlichen oder temporären Geometrieveränderungen durch unterschiedliche Fahrdrahthöhen, Zickzack-Verlegung des Fahrdrahtes, Abnutzung der Schleifleiste und des Fahrdrahtes, unterschiedliche aerodynamische Einflüsse infolge wechselnder Fahrrichtung und Fahrzeugformen, Wind und Fahrzeuggeschwindigkeit, Schwingungsverhalten des Stromabnehmers und des Fahrdrahtes sowie Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bei Gegenverkehr in Tunneln.

Zur Regelung der Kontaktkraft in Abhängigkeit deutlicher Veränderungen der Fahrleitungshöhe auch bei hohen Geschwindigkeiten beschreibt die DE-A 30 33 449 einen zweistufigen Scherenstromabnehmer mit einer über die Stromabnehmerwippe an der Fahrleitung anliegenden, bezüglich dieser auf konstante Kontaktkraft geregelten oberen Schere, einer diese tragenden Hauptschere, einer ersten, der oberen Schere zugeordneten Stellvorrichtung, einer an diese zur Konstanthaltung der Kontaktkraft Stellsignale abgebenden Regelvorrichtung sowie einer zweiten, der zweiten Hauptschere zugeordneten Stellvorrichtung. Mit einer zweiten Regelvorrichtung werden zur Aufrechterhaltung eines im zeitlichen Mittel konstanten Stellweges des ersten Stellvorrichtung Stellsignale geliefert. Die Hauptschere ist nicht mehr verriegelt und ihre Stellung wird kontinuierlich so geregelt, daß der Stellweg der oberen Schere im Mittel konstant gehalten wird. Es tritt eine Arbeitsteilung zwischen den beiden Stufen des Scherenstromabnehmers derart auf, daß niederfrequente Schwingungen relativ großer Amplitude von der Hauptschere aufgenommen und ausgeregelt werden und hochfrequente Schwingungen relativ kleiner Amplitude von der der oberen Schere zugeordneten Stellvorrichtung verarbeitet werden. Dabei oszilliert die obere Schere innerhalb eines relativ engen Toleranzbereiches um einen im zeitlichen Mittel konstanten Stellweg.

Die Regelung dieses bekannten Scherenstromabnehmers verläuft so, daß zunächst der zweiten, der Hauptschere zugeordneten Regelvorrichtung der Istwert des Stellweges als Meßgröße zugeführt wird. Stellsignale für die zweite, der Hauptschere zugeordneten Stellvorrichtung werden dann aus der Abweichung dieser Istwerte von einem Sollwert gebildet, der dem anzustrebenden zeitlichen Mittel des Stellweges der ersten, der oberen Schere zugeordneten Stellvorrichtung entspricht. Bei in einer Richtung erfolgenden Änderung des Stellweges wird zunächst zur Konstanthaltung der Kontaktkraft zur Fahrleitung die obere Schere nachgeführt und dann die Hauptschere soweit nachgeregelt, daß der ursprüngliche Wert des Stellweges der ersten Stellvorrichtung wieder erreicht wird.

Die hydraulischen Stellmotore dieser bekannten Lehre verkomplizieren die Konstruktion und sind letztendlich die Ursache dafür, daß sich dieser zweistufige Scherenstromabnehmer in der Praxis nicht durchsetzen konnte. Außerdem muß im Fall der Überbrückung großer Höhendifferenzen im Fahrbetrieb die Hauptschere vollkommen aufgestellt werden, so daß der von der oberen Schere getragene Miniaturstromabnehmer lediglich einen geringen Arbeitsbereich hat, der bei Geschwindigkeiten <250 km/h nicht ausreichend ist. Der vorgeschlagene Scherenstromabnehmer hat des weiteren den Nachteil, daß mit ihm nur die Höhendifferenzen ausregelbar sind, andere Einflußfaktoren auf die Kontaktkraft bleiben unberücksichtigt. Andererseits ist die Hauptschere auch nicht in der Lage hochfrequentere Kontaktkraftschwankungen wie sie im Hochgeschwindigkeitsbereich zwischen 250 bis 400 km/h auftreten, auszuregeln.

Dieser bekannte zweistufige Scherenstromabnehmer verursacht außerdem im Hochgeschwindigkeitsbereich einen erheblichen Schalldruck.

Diese Probleme versucht die Lehre nach der EP-A 0 649 767 dadurch zu lösen, daß auf dem Fahrzeugdach ein stromlinienförmiges starres Domgehäuse befestigt ist, das den unteren Teil des Stromabnehmers zusammen mit seinem an den unteren Füßen der beiden Isolatoren (Isolator und Leiter) angeordneten Schwenkmechanismus aufnimmt. Der Leiter und der Isolator sind in einem vorgegebenen Abstand voneinander in Querrichtung des Fahrzeuges zueinander so versetzt angeordnet, daß eine Reduzierung des aerodynamischen Geräusches erreicht werden soll. Der Isolator oder der Leiter hat ferner einen stromlinienförmigen Querschnitt.

Trotzdem der zweite Isolator (Leiter) im Bereich der Abrißkante der Luftströmung angeordnet wird, ist er in nicht unbeträchtlichem Maß an dem immer noch sehr hohen Schallpegel des gesamten Stromabnehmeraufbaus beteiligt. Durch die vergleichsweise starre Befestigung des Isolatorschaftes und Leiters hat dieser bekannte Stromabnehmer ein insgesamt unbefriedigendes Regelverhalten im Ausgleich der Kontaktkraftschwankungen und in der Überbrückung großer Höhendifferenzen.

Schließlich ist aus der EP-A 0 697 304 ein Stromabnehmer bekannt, der durch zwei senkrecht übereinander angeordnete hydraulische Hub- und Senkeinrichtungen in der Lage ist, Höhendifferenzen zwischen 100 bis 800 mm zu überbrücken. Der untere Teil des Stromabnehmers mit seinen Hub- und Senkeinrichtungen ist von einem Aufnahmedom umschlossen, wobei die untere der beiden Hub- und Senkeinrichtungen in den Wagenkörper integriert ist. Die Kontaktkraft oder die Distanz zwischen Schleifleiste und Fahrdraht wird ermittelt und mit dem ermittelten Wert die Vertikalbewegung der Hub- oder Senkeinrichtung geregelt.

Bei großen Höhendifferenzen muß der Kopf des Stromabnehmers einschließlich der Isolatoren durch die Hub- und Senkeinrichtungen entsprechend aus dem Aufnahmedom ausgefahren werden, wodurch die beiden wiederum in Querrichtung versetzt angeordneten Isolatoren über den Dom hinausragen und einen entsprechenden Schallpegel verursachen. Die hydraulischen Hub- und Senkeinrichtungen haben darüber hinaus einen beträchtlichen Platzbedarf, der einerseits durch die Integration in den Wagenkörper und andererseits durch die erhebliche Baulänge des Aufnahmedoms über zwei Wagenkörper geschaffen wurde. Dies führt zu einem komplizierten, aufwendigen und schweren Aufbau.

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art zu entwickeln, der eine kontrollierte Stromabnahme durch eine Kraft- und/oder Lagerregelung im Hochgeschwindigkeitsbereich problemlos ermöglicht und zugleich die aerodynamischen Geräusche signifikant reduziert.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 30 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, große Ausfahrhöhen des Stromabnehmers zu realisieren und zugleich auch extreme Höhendifferenzen des Kettenwerkes zu überbrücken. Dadurch, daß der gesamte Hubmechanismus und der Isolator durch das Gehäuse auch im ausgefahrenen Zustand umhaust bleibt sowie nur ein einziger Isolator zur Anwendung kommt, werden die aerodynamischen Geräusche wirksam reduziert. Das den Stromabnehmer aufnehmende Gehäuse erreicht andererseits im eingefahrenen Zustand eine geringe Bauhöhe, ist wartungsarm und einfach auf dem Dach des Fahrzeuges zu montieren.

Die aufwendige im Stand der Technik realisierte Domaufnahme kann vollständig entfallen. Andererseits ist die erfindungsgemäße Lösung problemlos in Domaufbauten vorhandener Fahrzeuge integrierbar.

Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher veranschaulicht werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stromabnehmeraufbaus mit den Hauptkomponenten Cover, Cover- Dach, Isolator und Stromabnehmerkopf,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers im ausgefahrenen Zustand gemäß Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers im eingefahrenen Zustand gemäß Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 4 das Grundprinzip der Hubeinrichtung für normale Hubhöhen,

Fig. 5 einen Schnitt durch zwei mit Seilzug verbundene Cover-Segmente,

Fig. 6 eine Aufsicht der Fig. 5 mit schematischer Darstellung der Seilzugbefestigung,

Fig. 7 eine Aufsicht des elektromechanischen Antriebes in Form eines Kettenantriebes für die Hubeinrichtung,

Fig. 8 eine Ansicht des Wippe mit Schleifleiste,

Fig. 9 eine Draufsicht gemäß Fig. 8,

Fig. 10 einen Schnitt durch den Wippenkörper gemäß Linie C-C der Fig. 8,

Fig. 11 eine schematische Darstellung Ansicht der höhenvariablen Kabelführung zwischen Isolator/Stromabnehmer und fahrzeugseitiger Anschlußstelle,

Fig. 12 die Seilzugführung mit Gaszugfeder nach Fig. 11 und

Fig. 13 die Seilzugführung mit Gaszugfeder nach Fig. 11.

Auf dem Dach 1 eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeuges 2 ist wie in Fig. 1 gezeigt ein stromlinienförmiges Gehäuse 3 mit einem Grundrahmen 4 montiert. Dieses Gehäuses 3 kann Teil eines Dombaufbaus auf dem Fahrzeugdach sein, es kann aber auch direkt auf dem Dach montiert sein.

Das Gehäuse 3 setzt sich nach Fig. 2 aus fünf teleskopartig ineinandergesteckten, rohrartig umlaufenden Cover-Segmenten 5 zusammen, von denen jeweils das innenliegende Cover-Segment am außenliegenden abgestützt und geführt ist. Das innere Cover-Segment ist zugleich als ein nach außen gewölbtes Cover-Dach 6 ausgebildet und deckt das Gehäuse 3 ab. In das gewölbte Cover-Dach 6 ist mittig eine Mulde 7 eingeformt, in deren Zentrum eine Öffnung 8 vorgesehen ist. Am inneren Cover-Dach 6 ist ein Dachrahmen 9 mit einer zur Öffnung 8 korrespondierenden Öffnung 10 eines Isolatorsträgers 12 befestigt, durch die ein Isolator 11 führbar ist. Der Isolator 11 ruht auf dem Isolatortäger 12, der symmetrisch zur Isolatorachse B-B jeweils endseitig eine Spindelmutter 13 trägt. In die Spindelmutter 13 greift eine senkrecht zum Dachrahmen 9 verlaufende, durch einen Elektromotor 14 über ein Zahnradgetriebe 15 angetriebene Spindel 16 ein. Die Drehbewegung des Motors wird über das Zahnradgetriebe 15 auf die Spindel 16 übertragen, die die Drehbewegung in eine vertikale Hubbewegung umsetzt und somit den Isolatorträger 12 mit dem Isolator 11 durch die Öffnung 8 aus- und einfährt.

Elektromotor 14, Spindel 16, Spindelmutter 13 und Zahnradgetriebe 15 bilden einen hochfrequenten Antrieb 71.

Wie in Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, besitzt jedes der Cover-Segmente 5 eine untere, in das Gehäuseinnere gerichtete L-förmige anschlagartige Abwinklung 17 und eine obere, ebenfalls in das Innere gerichtete Abwinklung 18. Die untere Abwinklung 17 hat einen gegenüber der oberen Abwinklung 18 etwas längeren Schenkel, der als Anschlag für das jeweils innere Cover-Segment dient. Im Bereich der unteren Abwinklung 17 ist innenseitig des Cover-Segmentes 5 eine Vertiefung 19 ausgebildet, die sich entlang des inneren Umfangs des Cover-Segments erstreckt. Die Cover- Segmente 5 bestehen aus einem Faserverbundmaterial, beispielsweise GFK, das im Bereich der Vertiefung 19 mit Inserts verstärkt ist. Die obere Abwinklung 18 ist mit einer Dichtlippe 70 versehen, die den Zwischenraum von innerem und äußerem Cover- Segment 5 gegen Feuchtigkeit abdichtet.

Eine Umlenkeinrichtung 20, bestehend aus einer Seilführung 21 und Gleitrolle 22, ist innenseitig in diesem Teil der Vertiefung 19 positioniert.

Außenseitig ist etwa oberhalb der Drehachse der Gleitrolle 22 eine Einhängplatte 23 am Cover-Segment 5 verankert. Im Fall zweier ineinandergesteckter Cover-Segmente 5 liegt die Seilführung 21 etwa in senkrechter Flucht zur Einhängplatte und ist der Gleitrolle 22 vorgeordnet. Die Gleitrolle 22 ist am Insert drehbar gelagert. Dies stellt eine sichere Seilumlenkung sicher.

Wie Fig. 6 zeigt, ist ein Seil 24 mit seinem einen Ende in der Einhängplatte 23 unverlierbar eingehängt. Dieses Seil 24 verläuft von der Einhängplatte 23 zunächst in senkrechter Flucht zur Seilführung 21 und wird über die Gleitrolle 22 etwa waagerecht auf eine am Umfang des äußeren Cover-Segmentes tangential festgelegte Zugeinrichtung 25 umgelenkt. Die Zugeinrichtung 25 umfaßt eine Zugfeder 26 und ein Verankerungsteil 27, das ebenfalls an einem Insert festgelegt ist.

Vier derartig aus Seil 24, Einhängplatte 23, Seilführung 21, Gleitrolle 22 und Zugeinrichtung 25 bestehende Seilzüge sind gleichmäßig über den Umfang der Cover- Segmente verteilt und verbinden jeweils ein inneres Cover-Segment mit einem äußeren Cover-Segment.

Der Dachrahmen 9 hat an ihren den Cover-Segmenten 5 zugeordneten Enden in den Innenraum des Gehäuses 3 gerichtete Befestigungslaschen 28 für die Befestigung der Hubeinrichtungen 29, mit denen das Cover-Dach 6 gehoben oder gesenkt wird (siehe Fig. 2 und 3). Die Hubeinrichtung 29 setzt sich aus vier scherenartigen Traggestellen 30 zusammen, von denen jeweils ein Traggestell aus zwei unteren Tragarmen 31 und 32 sowie einem oberen Tragarm 33 gebildet ist. Die beiden unteren Tragarme 31 und 32 sind mit einem Verschiebelager 34 versehen. Der obere Tragarm 33 ist mit seinem einen Ende schwenkbar an der Befestigungslasche 28 des Dachrahmens 9 ortsfest angelenkt, sein anderes Ende ist mit dem unteren Tragarm 31 über ein Gelenk 35 verbunden. Der andere untere Tragarm 32 ist über ein Gelenk 36 mit dem oberen Tragarm 33 durch einen Hebelarm 37 verbunden, der mit dem oberen Tragarm 33 an diesem ein weiteres Verschiebelagers 38 bildet. Die beiden Gelenke 35, 36 und Verschiebelager 34 und 38 schließen so ein Parallelogramm ein. In der vertikalen Flucht des am Dachrahmen 9 ortsfest befestigten oberen Tragarmes 33 befindet sich am Grundrahmen 4 eine Befestigungslasche 39, an der der Tragarm 31 schwenkbar, aber ortsfest festgelegt ist (siehe Fig. 2). Diese Hubeinrichtung ist beispielsweise besonders für große Ausfahrhöhen, vorzugsweise bis 2,8 m über Fahrzeugdachhöhe, geeignet.

Für die Kompensation von normalen Hubhöhen, beispielsweise des Schnellbahnnetzes, besteht die Hubeinrichtung 29 aus mindestens zwei Traggestellen 30, die aus einem am Dachrahmen 9 schwenkbar angelenkten Tragarm 33 und einem am Grundrahmen 4 ebenfalls schwenkbar angelenkten Tragarm 32 besteht. Der Tragarm 32 ist mit seinem anderen Ende mit dem Tragarm 33 gelenkig verbunden, wobei wie in Fig. 4 prinzipäßig dargestellt, der Tragarm 32 die Länge L und der Tragarm 33 die Länge 2L hat. Der Anlenkpunkt des Tragarmes 32 am Tragarm 33 teilt diesen in zwei gleichlange Hebelarme und das Ende des Tragarmes 33 ist gegenüber dem Schwenkpunkt des Tragarmes 32 am Grundrahmen 4 linear verfahrbar, so daß sich der Tragarm 33 aufrichtet und das Cover-Dach 6 anhebt.

Fig. 7 zeigt einen auf den Grundrahmen 4 montierten elektromechanischen Antrieb 40. Dieser Antrieb besitzt zwei entlang den Längsseiten der Cover-Segmente 5 positionierte, parallel zueinanderliegende Führungsbahnen 41 für die Aufnahme eines zwischen zwei mit Wellen 42 versehenen Zahnkränzen geführten Kettenzuges 43. Beide Kettenzüge 43 sind angetrieben durch einen von einem Elektromotor bewegten Kettentrieb 44. Die Bewegung des Kettentriebes 44 wird auf die Wellen 42 der beiden Kettenzüge 43 übertragen.

Das untere Ende des Tragarmes 32 ist beiderseits mit dem Kettenzug 43 verbunden, lagert in der Führungsbahn 41 auf und läßt sich somit bei Bewegung des Kettenantriebes 44 entlang der Führungsbahn 41 linear verschieben. Da der andere untere Tragarm 31 ortsfest gehalten ist, läßt sich bei Verschieben des unteren Endes des jeweils anderen Tragarmes 32 das gesamte Traggestell 30 über die Gelenke und Verschiebelager kontinuierlich heben oder senken. Der Kettentrieb 44 treibt synchron die parallelen Kettenzüge 43 an, so daß das Heben oder Senken aller vier Traggestelle 30 gleichmäßig erfolgt. Diese Hub- oder Senkbewegung wird auf das Cover-Dach 6 übertragen. Beim Heben des Cover-Daches 6 werden die einzelnen Cover-Segmente 5 von innen nach außen entgegen ihrer jeweiligen unter Federkraft stehenden Seilzüge teleskopartig ausgefahren. Beim Senken werden die Cover- Segmente 5 von außen nach innen durch die unter Federkraft stehenden Seilzüge eingefahren. Beim Einfahren legen sich die Tragarme der Traggestelle 30 nach innen um. Der Dachrahmen 9 des Cover-Daches 6 liegt bei vollständig eingefahrenen Traggestellen 30 auf dem Grundrahmen 4 des Gehäuses 3 auf.

Die Höhe der Cover-Segmente 5 entspricht ungefähr der Isolatorhöhe, wobei der Isolatorkopf aus der Öffnung 8 ragt (siehe Fig. 5).

Der Isolator 11 ist starr auf dem Isolatorträger 12 befestigt. Wie Fig. 8 und 9 zeigt, trägt der obere Isolatorflansch 45 eine Wippe 46 mit stromlinienförmigem Wippenkörper 47, in dem die Schleifleiste 48 gelagert ist.

Zwischen der Schleifleiste 48 und dem Isolatorflansch 45 befindet sich eine Feder- Dämpfereinheit 49 (siehe Fig. 9 und 10). Diese Feder-Dämpfereinheit 49 setzt sich aus zwei etwa in der Breite der Schleifleiste 48 beabstandete laschenartige, jeweils zwei zueinander senkrechte stehende, miteinander verbundene Hebelarme 51 und 52 aufweisende, einstückige Hebel 50 zusammen. Beide Hebelarme 51 und 52 sind gemeinsam um einem festen Drehpunkt Dp drehbar, wobei der gegenüber dem Hebelarm 52 etwas längere Hebelarm 51 mit seinem leicht abgewinkelten Ende an der Schleifleistenhalterung 53 schwenkbar angelenkt ist. Der kürzere Hebelarm 52 ist anderenends an einer Zugfeder 54 befestigt, die einstellbar am Isolatorflansch 45 festgelegt ist. Zwischen den beiden parallel zueinander gelegenen Hebeln 50 ist ein hydraulischer Drehdämpfer 55 befestigt, dessen Betätigungsglied 56 in ein im Hebel 50 eingearbeitetes Langloch 57 eingreift. Die Zugfeder 54 veranlaßt bei einer Krafteinwirkung auf die Schleifleiste 48 eine Drehbewegung des Hebels 50, so daß der leicht abgewinkelte Hebelarm 51 eine Schwenk- bzw. Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung wird nachhaltig durch den Drehdämpfer 55 aufgefangen und gedämpft. Die Zugfedern 54 haben ein sehr geringe Steifheit. Diese Feder-Dämpfereinheit 49 ermöglicht ausschließlich eine vertikale Einfederung. Die starre Befestigung des Wippenkörpers 47 am Isolator 11 stellt sicher, daß die Windlast vom stromlinienförmigen Wippenkörper aufgenommen wird und nur ein sehr geringer aerodynamischer Anteil von der Schleifleiste entfällt.

Die Wippe 46 ist mit Hörnern 58 (Fig. 8) versehen, die durch einen im Wippenkörper 47 montierten pneumatischen Antrieb 59 auf unterschiedliche Wippenbreiten, beispielsweise 1950 mm und 1600 mm, einstellbar sind.

Im Cover-Dach 6 befinden sich wie in Fig. 1 prinzipiell gezeigt nach innen öffnende, in Längsrichtung des Gehäuses 3 positionierte Klappen 60, in die die Hörner 58 eintauchen können, wenn die Wippe 46 um 90° in Längsrichtung des Gehäuses 3 um ihre vertikale Achse gedreht und abgesenkt ist.

Das zwischen Isolator 11 und nicht dargestellter Anschlußstelle am Fahrzeug 2 verlegte Hochspannungsskabel 61 (siehe Fig. 11-13) verläuft in vertikaler Flucht wendelartig etwa annähernd um die verlängerte Isolatorachse auf das Dach des Fahrzeuges zu und wird durch einen Seilzug 62 gehalten. An der Öffnung 10 des Isolatorträgers 12 ist eine Rollenaufnahme 63 (Fig. 13) angeflanscht, mit der ein Lagerbock 64 gehalten ist. Der Lagerbock 64 nimmt eine Welle 65 mit zwei nebeneinander gelegenen Seilrollen 66 auf. Um jede Seilrolle 66 ist ein Seil 67 unter 180° Umlenkung geführt, dessen beide Seilenden in vertikaler Flucht zu zwei am Grundrahmen 4 befestigten Umlenkrollen 68 führen, die die Seilenden des Seiles 67 zu einer Gaszugfeder 69 extrem großer Länge führen. Das Seil 67 bildet so einen Seilzug 72, der unter einer Zugkraft gehalten ist, die bei Aus- und Einfahren der Hubeinrichtung 29 das Hochspannungskabel 61 immer gestrafft hält. Die Seile 67 bestehen aus nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff.

Die auf die Schleifleiste 48 einwirkende Anpreßkraft ist eine komplexe Größe, welche infolge der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Windintensität und -richtung, der Lage des den Fahrdraht führenden Kettenwerkes und dessen stromabnehmer-, reibungs- und windinduzierten Schwingungen und der Relativbewegung des Fahrzeuges ständigen Veränderungen unterworfen ist. In der ersten aktiven Regelungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahren werden die Höhendifferenzen des Kettenwerkes kompensiert. Die Kompensation erfolgt mit einem elektromechanischen Antrieb, beispielsweise einem Kettenantrieb, der Höhendifferenzen des Kettenwerkes zwischen 4,8 bis 6,3 m und vertikale Kettenoszillationen mit Amplituden <50 mm im Frequenzbereich unter 3 Hz ausgleicht. Der Kettenantrieb setzt eine entsprechende Horizontalbewegung in eine Vertikalbewegung der im Gehäuse 3 gekapselten Hubeinrichtungen 29 um. Relativ zu dieser in der ersten Regelstufe stattfindenden Vertikalbewegung oszilliert zeitgleich der Stromabnehmer (Isolator, Wippe, Kabel) in einer zweiten aktiven Regelungsstufe in einem Vertikalhub von maximal ±50 mm in einem Frequenzbereich bis 15 Hz. Die Hubbewegung der zweiten Regelungsstufe wird durch einen hochfrequenten Aktuator, beispielsweise einem elektromotorischen Linearantrieb, erzeugt.

Die hochfrequenten Vibrationen zwischen Fahrdraht und Schleifleiste werden in einem quasi-zeitgleichen weiteren Schritt durch Entkoppeln der Kräfte zwischen Schleifleiste und Stromabnehmer aufgenommen und gedämpft.

Liste der Bezugszeichen:

1

Dach

2

Hochgeschwindigkeitsfahrzeug

3

Gehäuse

4

Grundrahmen

5

Cover-Segmente

6

Cover-Dach

7

Mulde in

6

8

Öffnung in

6

9

Dachrahmen

10

Öffnung in Isolatorträger

11

Isolator

12

Isolatorträger

13

Spindelmutter

14

Elektromotor

15

Zahnradgetriebe

16

Spindel

17

untere Abwinklung von

5

18

obere Abwinklung von

5

19

Vertiefung

20

Umlenkeinrichtung

21

Seilführung

22

Gleitrolle

23

Einhängplatte

24

Seil

25

Zugeinrichtung

26

Zugfeder

27

Verankerungsteil

28

Befestigungslaschen

29

Hubeinrichtung

30

Traggestelle

31

unterer Tragarm

32

unterer Tragarm

33

oberer Tragarm

34

Verschiebelager

35

Gelenk

36

Gelenk

37

Hebelarm

38

Verschiebelager

39

Befestigungslaschen

40

elektromechanischer Antrieb

41

Führungsbahn

42

Wellen

43

Kettenzug

44

Kettenantrieb

45

Isolatorflansch

46

Wippe

47

Wippenkörper

48

Schleifleiste

49

Feder-Dämpfereinheit

50

Hebel

51

Hebelarm

52

Hebelarm

53

Schleifleistenhalterung

54

Zugfeder

55

Drehdämpfer

56

Betätigungsglied

57

Langloch in

51

58

Hörner

59

pneumatischer Antrieb

60

Klappe in

6

61

Hochspannungskabel, Leiter

62

Seilzug

63

Rollenaufnahme

64

Lagerbock

65

Welle in

65

66

Seilrolle

67

Seil

68

Umlenkrolle

69

Gaszugfeder

70

Dichtlippe

71

hochfrequenter Antrieb

72

Seilzug
B-B Isolatorachse
L Länge des Tragarmes

32

Dp Drehpunkt

Claims (31)

1. Vorrichtung zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeug, mit einem auf dem Fahrzeugdach angeordneten stromlinienförmigen Gehäuse zur Aufnahme einer Hubeinrichtung, an der eine eine Schleifleiste tragende, Hörner aufweisende Wippe eines Stromabnehmers befestigt ist, einem Isolator zum Halten und Isolieren des Stromabnehmers und einem Leiter zum Ableiten des vom Stromabnehmer aufgenommenen Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) aus teleskopartig geführten, inneren und äußeren Cover-Segmenten (5) mit einem integral am inneren Cover-Segment angeformten Cover-Dach (6) zusammengesetzt ist und die Cover-Segmente (5) durch mindestens zwei symmetrisch zur Isolatorachse (B-B) innerhalb der Cover-Segmente angeordnete, mit einem horizontal zu der Isolatorachse gelegenen elektromechanischen Antrieb (40) betätigbare Hubeinrichtungen (29) in unterschiedliche Hubhöhen ein- und ausfahrbar angeordnet sind, wobei die Hubeinrichtungen (29), der Leiter (61) und weitere Einbauten (40,13, 14, 15, 16) durch die Cover-Segmente (5) vertikal umschlossen sind, und daß die Wippe (46) mit Schleifleiste (48) und Isolator (11) relativ zu den Hubhöhen der Cover-Segmente (5) durch einen hochfrequenten Antrieb (71) vertikal verfahrbar und um die Achse (B-B) drehbar angeordnet ist, und daß zwischen Schleifleiste (48) und Isolatorflansch (45) eine Feder-Dämpfereinheit (49) zur Entkopplung der vertikal einwirkenden Kräfte und zur Dämpfung der Kontaktkraftschwankungen angeordnet ist, und daß der Leiter zwischen Isolator und fahrzeugseitiger Anschlußstelle als ein auf unterschiedliche Hubhöhen verstellbares Hochspannungskabel (61) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) Teil eines Domaufbaus auf dem Fahrzeugdach ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cover-Segmente (5) jeweils mit einer nach innen geformten oberen und unteren anschlagschlagartigen Abwinklung (17, 18) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichent, daß die inneren und äußeren Cover-Segmente (5) miteinander durch mindestens vier umfangsmäßig gleichmäßig verteilte, etwa parallel zur Isolatorachse (B-B) verlaufende, gegen Federkraft gespannte, einfach umgelenkte Seile (24) verbunden sind, wobei die Seile (24) zwischen äußerem und innerem Cover-Segment (5) so angeordnet sind, daß sie jeweils mit ihrem einen Ende am äußeren Umfang des inneren unteren Cover- Segmentes (5) einhängbar befestigt und das andere Ende über eine am inneren Umfang des unteren äußeren Cover-Segments (5) befestigte Umlenkungeinrichtung (20) zu einer am Umfang des äußeren Cover-Segments (5) tagential festgelegten Zugeinrichtung (25) geführt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Cover-Segmente (5) miteinander durch am Umfang der Cover- Segmente (5) gleichmäßig verteilt angeordnete, etwa parallel zur Isloatorachse (B-B) verlaufende, gegen Federkraft gespannte, mehrfach umgelenkte Seile (24) verbunden sind, wobei die Seile (24) zwischen äußerem und innerem Cover-Segment (5) so angeordnet sind, daß sie jeweils mit ihrem einen Ende am äußeren Umfang des inneren unteren Cover-Segmentes (5) einhängbar befestigt und das andere Ende über eine am inneren Umfang des unteren äußeren Cover-Segments (5) befestigte Umlenkungeinrichtung (20) zu einer am Umfang des äußeren Cover-Segments (5) tagential festgelegten Zugeinrichtung (25) geführt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Abwinklung (17) L-förmig ausgebildet ist, wobei sich im eingefahrenen Zustand der Cover-Segmente (5) jeweils die Abwinklung des inneren Cover-Segments (5) auf dem des äußeren Cover-Segmentes (5) abstützt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkungeinrichtung (20) aus einer Gleitrolle (22) und einer der Gleitrolle vorgeordneten Seilführung (21) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Abspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugeinrichtung (25) aus einer Zugfeder (25) und Verankerungsteil (27) oder Seilwinde gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innenseitig am äußeren Cover-Segment (5) eine Vertiefung (19) ausgebildet ist, in der die Umlenkungeinrichtung (20) und die Zugeinrichtung (25) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergennanten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abwinklung (18) des jeweils äußeren Cover-Segments (5) mit einer Dichtlippe (70) versehen ist, die gegen den Umfang des jeweils inneren Cover-Segmens (5) satt anliegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cover-Segmente (5) vorzugsweise annähernd gleiche Höhe aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Cover-Segmente (5) annähernd der Isolatorhöhe entspricht.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cover-Segmente (5) und das Cover-Dach (6) aus GFK- oder CFK-Verbundwerkstoffen bestehen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (29) aus mindestens zwei Traggestellen (30) ausgebildet ist, die jeweils aus einem an einem mit dem Cover-Dach (6) verbundenen Dachrahmen (9) schwenkbar angelenkten Tragarm (33) und einem unteren Tragarm (32) zusammengesetzt ist, von denen der untere Tragarm (32) mit seinem einen Ende in der Flucht der Befestigungslasche (28) des Tragarmes (33) am Grundrahmen (4) des Gehäuses (3) ortsfest schwenkbar aufgenommen und mit seinem anderen Ende am Tragarm (33) schwenkbar angelenkt ist, wobei letzterer zum unteren Tragarm (32) linear verschieblich angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (33) gegenüber dem unteren Tragarm (32) die doppelte Länge aufweist und der untere Tragarm (32) so am Tragarm (33) angelenkt ist, daß letzterer in zwei gleichlange Hebelarme geteilt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (29) aus mindestens zwei scherenartigen Traggestellen (30) ausgebildet ist, die jeweils aus einem an einem mit dem Cover-Dach (6) verbundenen Grundrahmen (4) schwenkbar angelenkten oberen Tragarm (33) und zwei unteren Tragarmen (31, 32) zusammengesetzt ist, von denen der eine untere Tragarm (31) in der Flucht der Befestigungslasche (28) des oberen Tragarmes (33) am Grundrahmen (4) des Gehäuses (3) ortsfest schwenkbar aufgenommen und der andere untere Tragarm (32) zum ersteren linear verschieblich angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Tragarm (33) und der untere ortsfeste Tragarm (31) durch ein Gelenk (35) und der linear verschiebliche untere Tragarm (32) mit dem oberen Tragarm (33) über ein Gelenk (36) und ein Verschiebelager (38) durch einen Hebelarm (37) verbunden ist, wobei die beiden unteren Tragarme (31, 32) miteinander durch ein weiteres Verschiebelager (34) so in Verbindung stehen, daß die Gelenke (35, 36) und die Verschiebelager (34, 38) ein Parallelogramm bilden.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Antrieb (40) als ein Seil-, Spindel- oder Kettenantrieb (44) ausgebildet ist, der zueinander parallel ausgerichtete, entlang den Längswände der Cover-Segmente (5) verlaufende Führungsbahnen (41) für einen umlaufenden Zug (43) aufweist, in welchem der untere linear verschiebliche Tragarm (32) der Hubeinrichtungen als Teil des Zuges befestigt ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (33) der ausgefahrenen Traggestelle (30) eine nach innen oder außen gerichtete Neigung aufweisen.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß die Tragarme (33, 31, 32) der Traggestelle (30) im eingefahrenen Zustand nach innen aufeinander zu angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (29) eine Hubhöhe über Fahrzeugdach von 650 mm bis 2,8 m besitzt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Cover- Dach (6) in Fahrtrichtung gelegene, voneinander in Wippenbreite beabstandete Klappen (60) aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (46) um mindestens 180° drehbar ist und die Hörner (58) der Wippe (46) im eingefahrenen Zustand in die Klappenöffnung der Klappen (60) eintauchen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (46) durch einen im Wippenkörper angeordneten pneumatischen Antrieb (59) breitenvariabel ausgebildet ist, der die Hörner (58) einzieht bzw. ausfährt.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfrequente Antrieb (71) ein Linearantrieb, vorzugsweise eine durch einen Elektromotor (14) angetriebene Spindel (16) mit Zahnradgetriebe (15), ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (46) und Isolator (11) miteinander festverbunden sind und die Schleifleiste (48) im Wippenkörper einen einzigen Freiheitsgrad für eine Vertikalbewegung aufweist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungskabel (61) eine flexible Leitung ist, die um mindestens einem, zwischen einer am Isolatorträger (12) befestigten Rollenaufnahme (63) und am Grundrahmen (4) befestigten Umlenkrollen (68) vertikal verlaufenden, unter Zugkraft stehenden Seilzug (72) in Achsflucht der Isolatorachse (B-B) wendelartig angeordnet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenaufnahme (63) mindestens zwei nebeneinander angeordnete Rollen (66) aufweist, über die jeweils ein Seil (67) unter Umlenkung zu einer außerhalb der Achsflucht der Isolatorachse (B-B) am Grundrahmen (4) befestigten Gaszugfeder (69) großer Länge geführt ist, wobei zwischen den beiden Seilenden des Seiles (67) die Gaszugfeder (69) zur Aufbringung der Zugkraft auf den Seilzug (72) angeordnet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-Dämpfereinheit (49) Zugfedern (54) mit extrem geringer Steifheit und einen Drehdämpfer (55) umfaßt.

30. Verfahren zur kontrollierten Stromabnahme zwischen einem Fahrdraht und einem gleisgebundenen, elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeug, bei dem der vom Isolator gehaltene Stromabnehmer mit Schleifleiste und Wippe vertikal angehoben oder abgesenkt wird, umfassend die Schritte

• a) elektromechanische Kompensation der Höhendifferenzen des Kettenwerkes in einer ersten aktiven Regelstufe durch Umsetzen einer Horizontalbewegung in eine Vertikalbewegung;
• b) zeitgleiches Bewegen des Stromabnehmers relativ zur Vertikalbewegung des Schrittes a) in einem oszillierenden Vertikalhub in einer zweiten aktiven Regelstufe durch einen hochfrequenten Antrieb und
• c) zeitgleiche Aufnahme und Dämpfung hochfrequenter Vibrationen zu den Schritten a) und b) durch Entkoppeln der Kräfte zwischen Schleifleiste und Stromabnehmer.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß Höhendifferenzen von 650 mm bis 2,8 m ab Fahrzeugdach kompensierbar sind.