DE19922120A1 - Tragkonstruktion für eine Oberleitungsanlage - Google Patents

Abstract

Eine Tragkonstruktion für eine Oberleitungsanlage, wobei die Tragkonstruktion wenigstens ein Profilteil (1-5) und wenigstens eine am Profilteil (1-5) befestigte Armatur (10, 11) umfaßt, weist dadurch, daß das Profilteil (1-5) aus einer Aluminiumbasislegierung besteht und die Armatur (10, 11) aus einer Kupferbasislegierung mit einem Zusatz von mindestens 3 Gew.-% Aluminium gefertigt ist, eine höhere Lebensdauer auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion für eine Ober­ leitungsanlage, wobei die Tragkonstruktion wenigstens ein Profilteil und wenigstens eine am Profilteil befestigte Arma­ tur umfaßt.

Die bekannten Tragkonstruktionen sind an Masten oder an Bau­ werken befestigt. Zu den Profilteilen, die als Rohre oder Stäbe ausgebildet sind, zählen z. B. Spitzenrohre, Ausleger­ rohre und Kragarme sowie Stützrohre und Seitenhalter. Die Profilteile der Tragkonstruktionen sind durch Armaturen, wie z. B. Abzughalter und Gelenkhaken, miteinander verbunden. Die isolierte Befestigung der Profilteile am Mast bzw. am Bauwerk erfolgt über Isolatoren, die ebenfalls über Armaturen sowohl mit dem Mast bzw. dem Bauwerk als auch mit den Profilteilen verbunden sind.

Die Profilteile einer derartigen Tragkonstruktion werden i. a. aus Aluminium gefertigt. Üblich ist hier die Legierung DIN1725-AlMgSi1. Diese Legierung enthält 0,7 bis 1,3 Gew.-% (Gewichtsprozente) Silizium (Si), 0,6 bis 1,2 Gew.-% Magnesi­ um (Mg) sowie 1,7 bis 2,3 Gew.-% weitere Legierungselemente. Basiselement der Legierung ist Aluminium (A1) mit einem An­ teil von 95,2 bis 97 Gew.-%. Eine derartige Legierung wird deshalb auch als Aluminiumbasislegierung bezeichnet. Diese Profilteile werden in den bekannten Fällen mit Armaturen aus einer Aluminiumlegierung (Aluminiumarmaturen) verbunden.

Bei gegossenen Aluminiumarmaturen wird die Legierung DIN1725- G-AlSi7Mg -wa (warmausgehärteter Sandguß) oder die Legierung DIN1725-GK-AlSi7Mg-wa (warmausgehärteter Kokillenguß) verwen­ det. Diese Legierungen enthalten 6,5 bis 7,5 Gew.-% Silizium (Si), 0,25 bis 0,45 Gew.-% Magnesium (Mg) und maximal 0,7 Gew.-% weitere Legierungselemente. Basiselement dieser Legie­ rung ist wiederum Aluminium, und zwar mit einem Anteil von 91,35 bis 93,25 Gew.-%.

Gesenkgeschmiedete Armaturen werden aus der Legierung DIN1725-AlMgSi1 gefertigt. Diese Legierung enthält 0,7 bis 1,3 Gew.-% Silizium (Si), 0,6 bis 1,2 Gew.-% Magnesium (Mg) sowie 1,7 bis 2,3 Gew.-% weitere Legierungselemente. Basi­ selement der Legierung ist Aluminium (A1) mit einem Anteil von 95,2 bis 97 Gew.-%. Aluminiumarmaturen haben eine relativ geringe Härte. Die Brinellhärte der ausgehärteten Aluminium­ legierungen beträgt 75 bis 115. Insbesondere an der Verbin­ dung zwischen dem am Stützrohr befestigten Abzughalter und dem Gelenkhaken des Seitenhalters kommt es hierdurch zu einem erhöhten Verschleiß, der dadurch verursacht wird, daß der Seitenhalter beim Befahren des Fahrdrahtes durch die Schleif­ leiste eines Stromabnehmers Vertikalschwingungen ausführt, die an der Stelle, an der der Gelenkhaken in der Öse des Ab­ zughalters anliegt, zu verstärkter Materialabtragung am Ge­ lenkhaken und an der Öse des Abzughalters führt. Weiterhin ist eine korrosive Schädigung von Aluminiumarmaturen durch salzhaltige Luft in küstennahen Bereichen möglich. Es ist deshalb sinnvoll, die Armaturen von Auslegern aus einem Werk­ stoff herzustellen, der verschleißfester und korrosionsbe­ ständiger ist als Aluminium.

Eine gebräuchliche Alternative zu Armaturen aus Aluminium sind Armaturen aus verzinktem Temperguß (GTW). Üblich ist hier der Werkstoff DIN1692-GTW40-05. Die Brinellhärte dieses Werkstoffes beträgt 220. GTW-Armaturen sind deshalb wesent­ lich verschleißärmer als Armaturen aus Aluminium. Temperguß ist jedoch nach Abtrag der Zinkschicht erhöhter Korrosion ausgesetzt.

Weiterhin ist es bekannt, Armaturen aus einer Kupferbasisle­ gierung (CuAl-Legierung) auf Profilteile aus Kunststoff, bei­ spielsweise GFK-Stäbe, zu montieren. CuAl-Armaturen sind här­ ter und korrosionsbeständiger als Aluminiumarmaturen. So hat z. B. der Werkstoff CuAl9Fe3 eine Brinellhärte von 170 bis 180. Diese GFK-Stäbe weisen jedoch einen geringeren Elastizi­ tätsmodul als Aluminium-Profilteile auf. Dies führt dazu, daß die Tragkonstruktion eine geringere Steifigkeit besitzt und deshalb eine stärke Durchbiegung auftritt.

Unter dem Begriff "Basislegierung" versteht man eine Legie­ rung, bei der die atomistische Struktur durch das Basisele­ ment (z. B. Aluminium oder Kupfer) vorgegeben ist. Die als Zusatz vorgesehenen Elemente sind in der Basismatrix gelöst oder als weitere Phase ausgeschieden, wobei die weitere Phase den geringeren Volumenanteil hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragkonstruk­ tion zu schaffen, die gegenüber den bekannten Tragkonstruk­ tionen eine höhere Lebensdauer aufweist.

Die Aufgabe wird bei einer Tragkonstruktion gemäß dem Oberbe­ griff von Anspruch 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprü­ chen.

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion umfaßt wenigstens ein Profilteil und wenigstens eine am Profilteil befestigte Arma­ tur, wobei das Profilteil aus einer Aluminiumbasislegierung besteht und die Armatur aus einer Kupferbasislegierung mit einem Zusatz von mindestens 3 Gew.-% Aluminium gefertigt ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer Kombi­ nation einer Kupferbasislegierung mit einer Aluminiumbasisle­ gierung - entgegen der bisherigen Annahme - bei dem aus einer Aluminiumbasislegierung gefertigten Profilteil keine elektro­ chemische Korrosion auftritt, falls der Kupferbasislegierung, aus der die Armatur gefertigt ist, wenigstens 3 Gew.-% Alumi­ nium beigemischt sind.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß es bei Kombination von Kupferbasislegierungen mit Aluminium und Anwesenheit eines Elektrolyten (z. B. Regenwasser) zu einer erhöhten Materialab­ tragung beim Aluminium kommt, die bis zur vollständigen Mate­ rialauflösung führen kann. Grund hierfür ist der hohe Unter­ schied der elektrochemischen Potentiale. Das unedlere Metall - bei dieser Kombination also Aluminium - geht in Lösung. Diesen Effekt nennt man "elektrochemische Korrosion". Bei dieser Kombination müßte das Aluminium-Bauteil durch elektro­ chemische Korrosion aufgelöst werden. Aus diesem Grund werden im Oberleitungsbau bis heute keine CuAl-Armaturen auf Alumi­ nium-Profilteilen befestigt.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Kupferbasislegierun­ gen, denen mindestens 3 Gew.-% Aluminium zugesetzt wird (im folgenden als CuAl-Legierungen bezeichnet), an der Oberfläche eine fast kupferfreie Al₂O₃-Schutzschicht bilden. Grund hier­ für ist die hohe Affinität des Aluminiums zu Sauerstoff. Alu­ miniumbasislegierungen weisen an der Oberfläche ebenfalls ei­ ne Al₂O₃-Schicht auf. Die Oberflächen von CuAl-Legierungen und Aluminiumbasislegierungen haben somit etwa gleiche elek­ trochemische Potentiale.

Befestigt man also eine Armatur aus einer CuAl-Legierung auf einem Profil aus einer Aluminiumbasislegierung, so tritt kei­ ne elektrochemische Korrosion auf.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Kombination eines Pro­ filteils aus der Legierung DIN1725-AlMgSi1 (Anspruch 3) mit einer CuAl-Armatur aus der Legierung CuAl9Fe3 (Anspruch 4) erwiesen. Die Legierung CuAl9Fe3 enthält 8,5 bis 11,0 Gew.-% Aluminium, 2,0 bis 4,0 Gew.-% Eisen sowie 0 bis 6,25 Gew.-% weitere Legierungselemente. Basiselement der Legierung ist Kupfer (Cu) mit einem Anteil von 78,75 bis 89,5 Gew.-%. Ein entsprechender Langzeittest bei Aluminiumrohren führte zu keinerlei korrosiven Schädigungen dieser Profilteile.

Möglich ist damit z. B. die Ausführung eines Aluminium- Seitenhalters mit einem CuAl-Gelenkhaken. Als Profilteil wird für den Seitenhalter derzeit ein Aluminium-Rechtkantrohr aus der Legierung DIN1725-AlMgSi1 verwendet. In diesem Rechtkant­ rohr kann ein CuAl-Gelenkhaken aus der Legierung CuAl9Fe3 vernietet werden. Weiterhin kann der jetzige Aluminium- Abzughalter gegen einen CuAl-Abzughalter aus der Legierung CuAl9Fe3 ersetzt werden. Durch die höhere Härte der Bauteile wird der Verschleiß an der Öse des Abzughalters und am Ge­ lenkhaken wesentlich verringert.

Im Rahmen der Erfindung ist der Ersatz sämtlicher Alumini­ umarmaturen eines Auslegers durch CuAl-Armaturen möglich. Ne­ ben einer erhöhten Verschleißfestigkeit werden darüber hinaus auch Korrosionsschäden an den Armaturen, wie sie in küstenna­ hen Bereichen auftreten können, durch die Verwendung von CuAl-Armaturen eliminiert.

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Wesentliche Elemente der in der Zeichnung dargestellten Trag­ konstruktion sind ein Auslegerrohr 1 mit einem Spitzenrohr 2 und einem Stützrohr 3 sowie einem Seitenhalter 4, wobei der Seitenhalter 4 mit seinem freien Ende über eine nicht näher bezeichnete Armatur am Auslegerrohr befestigt ist. Weiterhin sind das Auslegerrohr 1 und das Spitzenrohr 2 durch eine Dia­ gonalstrebe 5 miteinander verbunden. Die Profilteile 1 bis 5 sind als Rundprofile ausgebildet und aus einer Aluminiumba­ sislegierung, vorzugsweise aus der Legierung DIN1725-AlMgSi1, gefertigt. Diese Legierung enthält 0,7 bis 1,3 Gew.-% Silizi­ um (Si), 0,6 bis 1,2 Gew.-% Magnesium (Mg) sowie 1,7 bis 2,3 Gew.-% weitere Legierungselemente. Der Anteil des Basisele­ mentes Aluminium (Al) beträgt 95,2 bis 97 Gew.-%.

Das Auslegerrohr 1 und das Spitzenrohr 2 sind jeweils über einen Isolator 6 bzw. 7 an einem in der Zeichnung nur strich­ punktiert dargestellten Mast 8 befestigt.

Der Seitenhalter 4 trägt an seinem freien Ende eine Fahr­ drahtklemme 9 und ist über einen Gelenkhaken 10 und einen Ab­ zughalter 11 mit dem Stützrohr 3 beweglich verbunden. Hierzu ist einerseits der Gelenkhaken 10 an einem Ende des Seiten­ halters 4 zumindest kraftschlüssig befestigt. Andererseits ist der Abzughalter 11 mittels einer Bügelschraube 12 am Stützrohr kraftschlüssig gehalten. Der Gelenkhaken 10 greift mit seinem freien Ende 13 in die Öse 14 des Abzugshalters 11 ein. Dadurch wird sowohl eine begrenzte horizontale als auch eine begrenzte vertikale Beweglichkeit des Seitenhalters 4 gegenüber dem Stützrohr 3 erzielt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Tragkonstruktion ist das Stützrohr 3 außerdem über einen Stützrohrhänger 15 (Seil aus Edelstahl) am Auslegerrohr 1 befestigt. Weiterhin weist die Tragkonstruktion eine Windsicherung 16 (Draht aus Edel­ stahl) auf, durch die der Seitenhalter 4 im Bereich der Fahr­ drahtklemme 9 mit dem Stützrohr 3 verbunden ist.

Die Armaturen 10 und 11 bestehen aus einer Kupferbasislegie­ rung, vorzugsweise aus der Legierung CuAl9Fe3. Die Legierung CuAl9Fe3 enthält 8,5 bis 11,0 Gew.-% Aluminium, 2,0 bis 4,0 Gew.-% Eisen sowie 0 bis 6,25 Gew.-% weitere Legierungsele­ mente. Der Anteil des Basiselementes Kupfer (Cu) beträgt 78,75 bis 89,5 Gew.-%.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, daß die Endarma­ turen 17 und 18 des Isolators 6 und die Endarmaturen 19 und 20 des Isolators 7 aus einer Kupferbasislegierung mit minde­ stens 3 Gew.-% Aluminium bestehen.

Claims (4)

1. Tragkonstruktion für eine Oberleitungsanlage, wobei die Tragkonstruktion wenigstens ein Profilteil (1-5) und wenig­ stens eine am Profilteil (1-5) befestigte Armatur (10, 11) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilteil (1-5) aus einer Aluminiumbasislegierung be­ steht und die Armatur (10, 11) aus einer Kupferbasislegierung mit einem Zusatz von mindestens 3 Gew.-% Aluminium gefertigt ist.

2. Auslegersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur (10, 11) aus einer Kupferbasislegierung mit einem Zusatz von 9 bis 10 Gew.-% Aluminium besteht.

3. Auslegersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilteil (1-5) aus der Legierung DIN1725-AlMgSi1 ge­ fertigt ist.

4. Auslegersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur (10, 11) aus der Legierung CuAl9Fe3 besteht.