[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromschiene für schienengebundene Fahrzeuge. Schienengebundene Fahrzeuge, wie z.B. elektrisch angetriebene Eisenbahnen, werden über eine Fahrleitungsanlage mit Strom versorgt. Die Fahrleitungsanlage besteht in den meisten Fällen aus Fahrdrähten, die an Tragseilen aufgehängt sind und über Tragwerke gehalten werden. Die Stromübertragung vom Fahrdraht, auch Oberleitung genannt, erfolgt durch einen am Fahrzeug angebrachten Stromabnehmer, der als Schleifbügel oder Pantograph bezeichnet wird. Obwohl die Tragseile stark gespannt sind, lässt sich nicht vermeiden, dass diese zwischen den einzelnen Aufhängepunkten durchhängen, so dass die Höhe des Fahrdrahtes über der Schiene ständig schwankt, was durch Bewegungen des Pantographen ausgeglichen werden muss.
Hierdurch ändern sich aber auch die Kontaktkräfte zwischen Pantograph und Fahrdraht, was zu Schwingungen, ungleichmässigem Übergangswiderstand und Funkenbildung führen kann.
[0002] In der DE 2 436 640 wurde daher auch schon vorgeschlagen, die Aufhängung der Oberleitungen an Befestigungspunkten unterschiedlichen Abstandes und unregelmässiger Folge vorzusehen, um eine Wellenausbreitung der Schwingungen unterschiedlicher Wellenlänge zu erreichen und Resonanzen zu vermeiden. Für Hochgeschwindigkeitsstrecken, die mit 240 km/h und schneller befahren werden sollen, reicht diese Massnahme aber noch nicht aus.
[0003] Weiter werden zur Stromübertragung auch starre Stromschienen als abnutzbare Leiter verwendet, wobei Stromschienen als Oberleitung überwiegend nur in Tunnels eingesetzt werden, da sie weniger Platz benötigen.
Solche Stromschienen sind aus der DE 20 100 960 U1, DE 20 101 581 U1, DE 4 207 622 C2, DE 19 548 103 C1 und AT 409 904 B bekannt.
[0004] Stromschienen, bei denen ein Kupfer-Fahrdraht zwischen Haltearmen eingeklemmt und damit gehalten ist, sind auch aus der US 918 761, FR 2 470 020 und US 4 230 209 bekannt. Dabei wird ein sog. Rillendraht verwendet, d.h. ein Kupferdraht mit V-förmigen Rillen, in welche Klemmarme der Stromschiene formschlüssig eingreifen, um den Fahrdraht zu halten.
Der Fahrdraht, der von dem Pantographen beschliffen wird und daher der Abnutzung unterliegt, kann somit ausgewechselt werden.
[0005] Das Festklemmen des Rillendrahtes erfolgt dadurch, dass die beiden spiegelsymmetrisch einander gegenüberliegenden Spannarme oberhalb des Rillendrahtes miteinander verschraubt (US 4 230 209, FR 2 470 020, DE 4 333 446 A1, DE 19 548 103 C1) oder vernietet (US 918 761) werden.
[0006] Die Montage des Rillendrahtes an der Stromschiene, sei es bei der Erstausrüstung oder dem späteren Auswechseln eines abgeschliffenen Fahrdrahtes, ist daher sehr zeitaufwendig und mühsam, da in kurzen räumlichen Abständen Schraub- oder Nietverbindungen hergestellt werden müssen.
[0007] Die einzelnen Elemente der Stromschienen haben in der Praxis eine Länge von ca. 10 m bis 12 m.
An Stossstellen zweier benachbarter Stromschienen tritt dann das Folgeproblem auf, dass für eine möglichst exakt geradlinige Ausrichtung der Stromschienen diese beidseitig der Stossstelle an einem Tragwerk oder der Decke eines Tunnels befestigt werden müssen, was ebenfalls einen beträchtlichen Aufwand erfordert.
Befestigt man nämlich beispielsweise jede Stromschiene nur in ihrer Mitte an einem Tragwerk oder einer Tunnelwand, so können sich die beiden Enden der Stromschiene durch ihr Eigengewicht durchbiegen, so dass an der Stossstelle merkliche Knicke gegenüber der Schienenachse auftreten, die den Fahrdraht mechanisch belasten und zu Schwingungen bei der Stromabnahme führen.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromschiene zu schaffen, die einen Rillendraht sicher hält, die einfach zu montieren ist, bei der der Fahrdraht einfach ausgewechselt werden kann und die einen möglichst geradlinigen Verlauf des Fahrdrahtes gewährleistet, und zwar auch an Stossstellen benachbarter Stromschienenelemente.
[0009] Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
[0010] Grundprinzip der Erfindung ist es, die Stromschiene als langgestrecktes, einstückiges, in Längsrichtung geschlitztes Profil auszubilden, das einen ebenen Querträger und zwei von diesem im Wesentlichen senkrecht abstehende Spannarme aufweist. Die Spannarme sind je mit einem Klemmarm verbunden, der unter einem spitzen Winkel zu einer Symmetrieachse verläuft. Die Spannarme und/oder die Klemmarme sind federelastisch ausgebildet, so dass der Fahrdraht ausschliesslich durch die Federkraft der Spannarme und/oder der Klemmarme gehalten ist. Eine Verschraubung zum Festklemmen des Fahrdrahtes ist damit nicht mehr erforderlich.
Vielmehr wird ein geschlossenes, nur durch einen Längsschlitz unterbrochenes Kastenprofil geschaffen, das eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und den Fahrdraht in einer geradlinigen Achse hält, womit ein absolut konstanter Abstand des Fahrdrahtes zur Schiene gewährleistet ist. Das Einlegen und Auswechseln des Fahrdrahtes ist sehr einfach und schnell durchzuführen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Querträger breiter als der Abstand der Spannarme quer zur Längsrichtung der Stromschiene, so dass also der Querträger beidseitig über die Spannarme hinausragt.
Hierdurch wird das Flächenträgheitsmoment und damit die Steifigkeit der Stromschiene erhöht.
[0011] Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Übergangsbereich von den Spannarmen zu den Klemmarmen seitlich abstehende Kragarme vorgesehen, deren zum Querträger weisende Oberseite eben ist und deren zum Fahrdraht weisende Unterseite eine Rille aufweist. Diese Kragarme dienen einerseits zur Halterung und Führung einer Drahteinlegevorrichtung, die die beiden Spannarme zum Einlegen oder Entfernen des Fahrdrahtes auseinanderspreizt. Diese Vorrichtung kann an der Oberseite der Kragarme entlanglaufen und durch in die an der Unterseite befindlichen Rillen zum Spreizen der Spannarme eingreifen.
Zusätzlich dienen auch diese Kragarme zur Vergrösserung des Flächenträgheitsmomentes und damit zur Verbesserung der Biegesteifigkeit der Stromschiene.
[0012] Nach einer Weiterbildung der Erfindung haben die Spannarme an ihrer jeweils zum anderen Spannarm weisenden Innenseite mindestens einen, vorzugsweise zwei Vorsprünge, die sich über die gesamte Länge der Stromschiene erstrecken. Durch diese Vorsprünge wird ebenfalls das Flächenträgheitsmoment und damit die Steifigkeit der Stromschiene erhöht.
Diese Vorsprünge haben ein rechteckiges, trapezförmiges oder dreieckiges Profil, wobei das trapezförmige Profil das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel ist.
[0013] Diese Vorsprünge dienen zusätzlich nach einer Weiterbildung der Erfindung an stirnseitigen Stossstellen aufeinanderfolgender Stromschienen als Feder einer Nut- und Federverbindung zwischen den Spannarmen und Stosslaschen, die die Stossstelle überbrücken. Die Stosslaschen haben den Vorsprüngen entsprechende Nuten und werden beidseitig der Stossstelle mit nur je einer oder zwei Schrauben an den Spannarmen befestigt. Die Spannarme haben hierzu eine Bohrung und die Stosslaschen eine Gewindebohrung. Durch diese Nut- und Federverbindung wird auch an Stossstellen benachbarter Stromschienen eine exakte, geradlinige Ausrichtung des Fahrdrahtes erhalten und es entsteht kein Knick mehr an den Stossstellen.
Damit sind diese Stromschienen auch für Hochgeschwindigkeiten von bis zu 250 km/h und mehr verwendbar. Vorzugsweise werden pro Stossstelle zwei Stosslaschen verwendet, die mit je einem der beiden Spannarme verbunden sind.
[0014] Nach einer Weiterbildung der Erfindung können zwischen der jeweiligen Stosslasche und dem zugeordneten Spannarm mindestens ein, vorzugsweise zwei Kontaktlamellenstreifen angeordnet sein, die die elektrische Verbindung zwischen den Stosslaschen und den Spannarmen benachbarter Stromschienen verbessern.
Zur eindeutigen Fixierung und besseren Montage der Kontaktlamellenstreifen können die Stosslaschen für Aufnahme und Halterung der Kontaktlamellenstreifen eine Vertiefung mit beiderseitigen Hinterschneidungen aufweisen.
[0015] Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann an der Oberseite des Querträgers ein über die gesamte Länge der Stromschiene verlaufender Steg vorgesehen sein, der senkrecht von der Oberfläche des Querträgers absteht. Es können auch mehrere solcher Stege parallel nebeneinander verwendet werden.
[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>einen Querschnitt einer Stromschiene nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
<tb>Fig. 2<sep>eine Stromschiene nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
<tb>Fig. 3<sep>einen Querschnitt einer Stromschiene nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
<tb>Fig. 4<sep>eine Seitenansicht der Stromschiene der Fig. 3;
<tb>Fig. 5<sep>einen Querschnitt einer Stosslasche;
<tb>Fig. 6<sep>eine vergrösserte Darstellung des Ausschnittes A der Fig. 6; und
<tb>Fig. 7<sep>eine Seitenansicht der Stosslasche der Fig. 6 mit eingesetzten Kontaktlamellen.
[0017] Die Fig. 1 zeigt eine Stromschiene 1, die ein längsgeschlitztes Profil aufweist, in das ein Fahrdraht 2 eingelegt und dort formschlüssig gehalten ist. Die Stromschiene 1 hat einen plattenförmigen Querträger 3 mit ebener Oberfläche, von der zwei Spannarme 4 und 5, die spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene 6 liegen, im Wesentlichen senkrecht abstehen. Ausgehend von dem Querträger sind die Spannarme 4 und 5 leicht spitz zulaufend ausgebildet, wobei der Winkel zwischen Innen- und Aussenfläche der Spannarme etwa 1,5 deg. beträgt.
An den freien Enden der Spannarme 4 und 5 sind jeweils Klemmarme 7 und 8 angebracht, die unter einem spitzen Winkel von den Spannarmen abstehen und aufeinander zu verlaufen, wobei die Klemmarme je eine Spitze aufweisen, die in entsprechend geformte Rillen 9 bzw. 10 des Fahrdrahtes 2 eingreifen. Die genannten Spitzen und die Rillen 9 und 10 haben beispielsweise einen Winkel von 78 . Die Rillen 9 und 10 sind dabei oberhalb einer durch eine Mittelachse des Fahrdrahtes laufende Ebene angeordnet.
[0018] Am Übergangsbereich zwischen den Spannarmen 4 bzw. 5 und den Klemmarmen 7 bzw. 8 sind seitliche, von der Symmetrieebene fortweisende Kragarme 11 bzw. 12 angebracht, deren zum Querträger 3 weisende Oberseite eben ist und deren vom Querträger 3 fortweisende Unterseite eine Ausnehmung bzw.
Rille 13 bzw. 14 aufweist, die als Führung für eine bewegliche Fahrdrahteinlegevorrichtung dient, welche die Spann- und Klemmarme zum Einlegen des Fahrdrahtes auseinanderspreizt.
[0019] Der Querträger 3 ragt beidseitig seitlich über die Spannarme 4 und 5 hinaus und ist im Übergangsbereich zu den Spannarmen über Schrägen verdickt ausgebildet.
[0020] Die gesamte bisher beschriebene Stromschiene 1 ist als einstückiges Profil ausgebildet, das im Strangziehverfahren hergestellt werden kann.
Als Material wird beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet, das bzw. die gute elektrische Leitfähigkeit haben, so dass die Stromeinspeisung zum Fahrdraht 2 auch über die Stromschiene 1 erfolgen kann.
[0021] Die Stromschiene 1 bildet insgesamt ein weitestgehend geschlossenes und nur durch einen Längsschlitz für die Aufnahme des Fahrdrahtes 2 unterbrochenes Kastenprofil, das den Fahrdraht 2 nur durch Federkräfte der Spann- und Klemmarme hält. Das Profil als Ganzes ist in hohem Masse biege- und verwindungssteif, wobei die Spann- und Klemmarme in geringem Umfange federelastisch in Bezug auf die Symmetrieebene 6 hin- und herbewegt werden können, um den Fahrdraht einzulegen oder auszuwechseln.
Andererseits ist auch diese Bewegungsmöglichkeit durch die Formgebung, Dimensionierung und Materialbeschaffenheit so eingeschränkt, dass der Fahrdraht 2 sicher gehalten wird und auch bei mechanischen Belastungen durch den Stromabnehmer eines Fahrzeuges sicher gehalten wird.
[0022] Aus Gründen des Transportes, der Handhabbarkeit und der Montage haben Stromschienen auf einer Strecke eine Länge von maximal 10 m bis 12 m. Für eine Strecke werden dann mehrere Stromschienen stirnseitig aneinanderstossend miteinander verbunden, was durch Stosslaschen 15, 16 erfolgt, die in das Innere des Stromschienenprofils eingesetzt werden und die Stossstelle zwischen zwei benachbarten Stromschienen überbrücken (vgl.
Fig. 4).
[0023] Fig. 1 zeigt zwei solcher Stosslaschen 15, 16, die generell ein rechteckiges Profil haben und jeweils an der Innenseite eines zugeordneten Spannarmes 4 bzw. 5 befestigt werden. Die Länge der Stosslaschen 15, 16 liegt in der Grössenordnung von 40 cm. Die Stosslaschen dienen sowohl der elektrischen Verbindung zwischen zwei benachbarten Stromschienenprofilen als auch zur Übertragung mechanischer Kräfte. Die Stosslaschen 15, 16 sind durch Schrauben 17, 18, die durch Bohrungen 19, 20 der Spannarme 4, 5 hindurchragen und in Gewindebohrungen 21, 22 der Stosslaschen 15, 16 eingeschraubt werden, befestigt.
Pro Stosslasche benötigt man nur zwei bis vier Schrauben, die beidseitig eines Stromschienenstosses an benachbarte Stromschienen angeschraubt werden.
[0024] Aufgrund eines Lochspieles der Bohrungen 19, 20 könnte eine kleine, aber trotzdem ungünstige Auslenkung der Stromschienenachsen auftreten, wodurch sich an der Stossstelle ein Knick ergeben kann. Ein solcher Knick hat einen negativen Einfluss auf die Stromabnahme, da der Stromabnehmer dort ausgelenkt wird, somit nicht kontinuierlich am Fahrdraht 2 schleifen kann, womit sich die Kontaktkräfte zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht vergrössern bzw. verkleinern, wodurch die Gefahr besteht, dass der Stromabnehmer vom Profil springt, die Kontaktkraft verliert und damit auch die Stromzufuhr.
Diese mechanisch-geometrischen und elektrischen Nachteile können für eine Hochgeschwindigkeits-Deckenstromschiene nicht in Kauf genommen werden. Zu diesem Zweck wird neben der Schraubverbindung zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zwischen den Stromschienen und den Stosslaschen realisiert, und zwar im Prinzip mit einer Nut- und Federverbindung.
[0025] Zu diesem Zweck sind an den Innenseiten der Spannarme 4 und 5 Vorsprünge 23, 24 bzw. 25, 26 angebracht, die nach innen in den Hohlraum des Stromschienenprofils hineinragen. Die Vorsprünge verlaufen über die gesamte Länge einer Stromschiene, da es sich um ein Strangpressprofil handelt.
Der Abstand der Vorsprünge 23 und 24 bzw. 25 und 26 ist grösstmöglich gewählt, d.h. die jeweiligen Vorsprünge befinden sich möglichst nahe der beiden Enden der Spannarme 4 bzw. 5.
[0026] Die Stosslaschen 15 und 16 haben entsprechende Nuten 27, 28 bzw. 29, 30, in die die zugeordneten Vorsprünge 23-26 eingreifen. Durch diese formschlüssige Nut- und Federverbindung hat ein eventuelles Lochspiel der Bohrungen 19 bzw. 20 keine Auswirkungen mehr und, selbst wenn die Nut- und Federverbindung ein geringes Spiel haben sollte, geht wegen der Länge der Stosslaschen und damit der Länge der Nut- und Federverbindung eine Auslenkung bzw. ein Knick zwischen benachbarten Stromschienen faktisch gegen Null.
Damit kann die Deckenstromschiene praktisch exakt in einer Achse verlegt werden und es treten keine Diskontinuitäten auf, womit die Stromabnahme verbessert ist und auch Hochgeschwindigkeiten bis 250 km/h und grösser möglich sind. Eventuelle Verformungen verteilen sich kontinuierlich über die gesamte Stromschienenanlage. Auslenkungen in vertikaler Richtung treten an den Stossstellen nicht mehr auf.
[0027] Zusätzlich wird durch die Vorsprünge 23, 24 bzw. 25, 26 eine zusätzliche Versteifung des Stromschienenprofiles erreicht.
[0028] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 haben die Vorsprünge 23-26 im Querschnitt ein trapezförmiges Profil, vorzugsweise das Profil eines gleichschenkligen Trapezes. Entsprechend haben die Nuten 27-30 ebenfalls ein trapezförmiges Profil, dessen Tiefe geringfügig grösser ist als die Höhe der Vorsprünge 23-26.
Hierdurch erreicht man eine Keilwirkung, die sicherstellt, dass immer eine fest sitzende Verbindung der Nut- und Federverbindung stattfindet, selbst wenn bei der Fertigung der Vorsprünge und/oder der Nuten ein gewisses Spiel vorhanden ist. Dadurch wird stets eine definierte mechanische Verbindung erreicht und gleichzeitig ein einwandfreier elektrischer Kontakt. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, dass die Schrauben 17, 18 keine (vertikalen) Querkräfte aufnehmen müssen, so dass pro Stromschienenstoss insgesamt vier bis acht Schrauben benötigt werden, nämlich je zwei pro Stosslasche.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Vorderkanten der Vorsprünge und die Vorderkanten der Nuten eine Fase oder Rundung haben können, um das Einlegen der Stosslaschen zu erleichtern.
[0029] Um eine bessere elektrische Verbindung zwischen den Stosslaschen und den Spannarmen zu erreichen, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung zusätzlich vorgesehen sein, zwischen der Aussenseite der Stosslaschen 15 und 16 und der Innenseite der Spannarme 4 und 5 je eine oder zwei Kontaktlamellenstreifen 31, 32, 33, 34 anzuordnen, was noch detaillierter im Zusammenhang mit den Fig. 5, 6 und 7 beschrieben wird.
Hierdurch wird sichergestellt, dass die elektrische Verbindung nicht nur im Bereich der Nut- und Federverbindung hergestellt wird, sondern auch zwischen den grossflächigeren vertikalen Oberflächen der Stosslaschen und der Spannarme.
[0030] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Vorsprünge 23-26 und die Nuten 27-30 rechteckig ausgebildet, was in Versuchen zu einer verbesserten Kraftübertragung führte. Da die Tiefe der Nuten 27-30 grösser ist als die Höhe der Vorsprünge 23-26, ist immer gewährleistet, dass die vertikalen, sich gegenüberliegenden Flächen der Stosslaschen und der Spannarme miteinander in Berührung kommen. Deshalb ist es nicht unbedingt erforderlich, die Kontaktlamellenstreifen 31-34 vorzusehen.
Gleichwohl können diese selbstverständlich zur Verbesserung des Übergangswiderstandes vorgesehen sein.
[0031] Zusätzlich ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zur weiteren Versteifung des Stromschienenprofils an der Oberseite des Querträgers 3 ein senkrecht von diesem abstehender Steg 34 vorgesehen, der sich über die gesamte Länge der Stromschiene erstreckt. Dieser Steg ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mittig angeordnet. Es ist auch möglich, mehrere solcher Stege vorzusehen, die dann im Abstand zueinander parallel verlaufen.
[0032] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass solche Stege auch an den Stromschienen nach den übrigen Ausführungsbeispielen, also insbesondere den Fig. 1 und 3-7, vorgesehen sein können.
[0033] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die Nuten 27-30 und die Vorsprünge 23-26 im Querschnitt dreieckig ausgebildet.
Auch hier kann durch entsprechende Dimensionierung der Vorsprünge und/oder der Nuten sichergestellt werden, dass sich die vertikalen Flächen der Stosslaschen und der Spannarme immer berühren, so dass auch hier die Kontaktlamellenstreifen fortgelassen werden können.
[0034] Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Stossstelle 35 zweier benachbarter Stromschienen 1 und 1a, die an der Stossstelle 35, die hier zur Verdeutlichung als vergrösserter Spalt dargestellt ist, aufeinanderfolgen und durch die Stosslaschen 15 und 16 (in Fig. 4 nicht sichtbar) überbrückt werden. In der Praxis wird der Spalt möglichst klein gehalten und ist durch den Abstand der Bohrungen 19 und 20 zur Stirnseite 36 bzw. 36a der Stromschiene 1 bzw. 1a einerseits und den Abstand der Gewindebohrungen 21 bzw. 22 auf der jeweiligen Stosslasche 15 bzw. 16 vorgegeben.
In der Praxis wird bei einer Länge der Stosslaschen von ca. 400 mm der Abstand der Gewindebohrungen auf einer Stosslasche bei 200 mm liegen, wobei diese Bohrungen symmetrisch zur Mitte der Stosslasche anzuordnen sind.
[0035] Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer Stosslasche entsprechend Fig. 2 und Fig. 6 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt der Einzelheit A. Zur Befestigung der Kontaktlamellenstreifen ist an der vertikalen Fläche 36, die im montierten Zustand dem Spannarm gegenüberliegt, eine Vertiefung 37 vorgesehen, die randseitig Hinterschneidungen 38 und 39 aufweist. In diese Vertiefung 37 kann ein Kontaktlamellenstreifen eingelegt und durch die Hinterschneidungen 38 und 39 gehalten werden. Die Hinterschneidungen haben in ihrem Grund jeweils einen Radius. Die Kontaktlamellenstreifen erstrecken sich über die gesamte Länge der Stosslaschen, wie aus Fig. 7 zu erkennen ist.
Solche Kontaktlamellenstreifen sind im Handel erhältlich. Sie bestehen aus elektrisch gut leitfähigem Material, wie z.B. Kupfer oder Aluminium, und haben eine Vielzahl von flexiblen Lamellen. Die Tiefe der Vertiefung 37 liegt in der Praxis bei ca. 0,5 mm, während die Breite der Vertiefungen in der Grössenordnung von 13 bis 14 mm liegt.
Der Winkel der Hinterschneidung 38 ist in der Grössenordnung von 30 .
[0036] Wie aus Fig. 5 ersichtlich, hat die Stosslasche je zwei Vertiefungen 37 und 37a, die vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse der Gewindebohrung 22 angeordnet sind.
[0037] Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht einer Stosslasche mit eingelegten Kontaktlamellenstreifen 31 und 32 und den zwei Gewindebohrungen 19.
[0038] Mit der Erfindung erhält man sehr stabile und einfach zu montierende Stromschienen als längsgeschlitzte Hohlprofile, die keine Auslenkungen in vertikaler Richtung haben und daher für Hochgeschwindigkeitsstrecken geeignet sind. Durch eine formschlüssige Verbindung zweier längsgeschlitzter Hohlprofile erhält man eine gute elektrische Verbindung, die durch Kontaktlamellenstreifen noch verbessert werden kann.
Durch die spezielle Form der Stromschienen ist ein Einlegen und auch ein späteres Auswechseln eines Fahrdrahtes problemlos und auch automatisiert möglich.
The invention relates to a busbar for rail vehicles. Railbound vehicles, e.g. electrically powered railways are powered by a catenary system. The catenary system consists in most cases of contact wires, which are suspended from suspension cables and held by structures. The power transmission from the contact wire, also called overhead line, is carried out by a vehicle-mounted pantograph, which is referred to as a grinding bar or pantograph. Although the suspension ropes are highly tensioned, they can not be prevented from sagging between the individual suspension points, so that the height of the contact wire above the rail constantly fluctuates, which must be compensated by movements of the pantograph.
However, this also changes the contact forces between pantograph and contact wire, which can lead to vibrations, uneven contact resistance and sparking.
In DE 2 436 640 has therefore also been proposed to provide the suspension of the overhead lines at attachment points of different distances and irregular sequence to achieve wave propagation of the oscillations of different wavelengths and to avoid resonances. For high-speed lines, which are to be driven at 240 km / h and faster, but this measure is not enough.
Next, rigid busbars are used as abnutzbare conductor for power transmission, busbars are used as a catenary predominantly only in tunnels, since they require less space.
Such busbars are known from DE 20 100 960 U1, DE 20 101 581 U1, DE 4 207 622 C2, DE 19 548 103 C1 and AT 409 904 B.
Bus bars in which a copper contact wire is clamped between holding arms and thus held, are also known from US 918 761, FR 2 470 020 and US 4,230,209. In this case, a so-called groove wire is used, i. a copper wire with V-shaped grooves, in which clamping arms of the busbar interlock positively to hold the contact wire.
The contact wire, which is ground by the pantograph and therefore subject to wear, can thus be replaced.
The clamping of the corrugated wire takes place in that the two mirror-symmetrically opposite clamping arms above the corrugated wire screwed together (US 4 230 209, FR 2 470 020, DE 4 333 446 A1, DE 19 548 103 C1) or riveted (US 918 761).
The installation of the corrugated wire to the busbar, either in the original equipment or later replacement of a ground contact wire, is therefore very time consuming and cumbersome because in short distances screw or riveted joints must be made.
The individual elements of the busbars have in practice a length of about 10 m to 12 m.
At impact points of two adjacent busbars then the subsequent problem occurs that for the most accurate possible rectilinear alignment of the busbars on both sides of the joint must be attached to a supporting structure or the ceiling of a tunnel, which also requires considerable effort.
For example, if you fix each busbar only in the middle of a supporting structure or a tunnel wall, so the two ends of the busbar can bend by its own weight, so that at the joint noticeable kinks occur with respect to the rail axis, which mechanically load the contact wire and vibrations at the power take lead.
The object of the invention is therefore to provide a busbar that holds a corrugated wire safely, which is easy to install, in which the contact wire can be easily replaced and ensures the most straight course of the contact wire, even at butt joints adjacent busbar elements.
This object is solved by the features specified in the claims 1 and 8.
Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
Basic principle of the invention is to form the busbar as an elongated, one-piece, longitudinally slotted profile having a flat cross member and two of this substantially perpendicular protruding clamping arms. The clamping arms are each connected to a clamping arm which extends at an acute angle to an axis of symmetry. The clamping arms and / or the clamping arms are resilient, so that the contact wire is held exclusively by the spring force of the clamping arms and / or the clamping arms. A screw for clamping the contact wire is no longer required.
Rather, a closed, interrupted only by a longitudinal slot box profile is created, which has a high bending stiffness and holds the contact wire in a straight axis, whereby an absolutely constant distance of the contact wire to the rail is guaranteed. The insertion and replacement of the contact wire is very easy and quick to perform. According to a development of the invention, the cross member is wider than the distance of the clamping arms transversely to the longitudinal direction of the busbar, so that the cross member projects on both sides beyond the clamping arms.
As a result, the area moment of inertia and thus the rigidity of the busbar is increased.
According to a development of the invention laterally projecting cantilever arms are provided in the transition region of the clamping arms to the clamping arms, the upper side facing the cross member is flat and whose underside facing the contact wire has a groove. These cantilevers serve on the one hand for holding and guiding a wire insertion device, which spreads apart the two clamping arms for inserting or removing the contact wire. This device can run along the top of the cantilevers and engage through the located at the bottom grooves for spreading the clamping arms.
In addition, these cantilevers also serve to increase the area moment of inertia and thus to improve the flexural rigidity of the busbar.
According to a development of the invention, the clamping arms have at their respective other clamping arm facing inside at least one, preferably two projections which extend over the entire length of the busbar. By these projections, the area moment of inertia and thus the rigidity of the busbar is also increased.
These projections have a rectangular, trapezoidal or triangular profile, the trapezoidal profile is the most preferred embodiment.
These projections are used in addition to a further development of the invention at frontal joints of successive busbars as a spring of a tongue and groove connection between the clamping arms and push tabs that bridge the junction. The push tabs have grooves corresponding to the projections and are attached to the clamping arms on both sides of the joint with only one or two screws. The clamping arms have a hole for this purpose and the push tabs have a threaded bore. Through this tongue and groove connection an exact, rectilinear alignment of the contact wire is also obtained at joints of adjacent busbars and there is no more kinking at the joints.
Thus, these busbars are also suitable for high speeds of up to 250 km / h and more. Preferably, two impact plates are used per impact point, which are connected to one of the two clamping arms.
According to a development of the invention may be disposed between the respective push tab and the associated clamping arm at least one, preferably two contact lamella strips that improve the electrical connection between the push tabs and the clamping arms of adjacent busbars.
For clear fixation and better mounting of the contact lamella strips, the lugs for receiving and holding the contact lamella strips may have a depression with mutual undercuts.
According to another embodiment of the invention may be provided over the entire length of the busbar extending web, which protrudes perpendicularly from the surface of the cross member at the top of the cross member. It is also possible to use several such webs in parallel next to each other.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. It shows:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a cross section of a bus bar according to a first embodiment of the invention;
<Tb> FIG. 2 <sep> a busbar according to a second embodiment of the invention;
<Tb> FIG. 3 <sep> is a cross section of a bus bar according to a third embodiment of the invention;
<Tb> FIG. Fig. 4 is a side view of the bus bar of Fig. 3;
<Tb> FIG. 5 <sep> a cross section of a push tab;
<Tb> FIG. 6 <sep> is an enlarged view of the detail A of FIG. 6; and
<Tb> FIG. 7 is a side view of the push tab of FIG. 6 with inserted contact blades.
Fig. 1 shows a busbar 1, which has a longitudinally slotted profile, in which a contact wire 2 is inserted and held there in a form-fitting manner. The busbar 1 has a plate-shaped cross member 3 with a flat surface, of which two clamping arms 4 and 5, which lie mirror-symmetrically to a plane of symmetry 6, protrude substantially perpendicularly. Starting from the cross member, the clamping arms 4 and 5 are slightly tapered, wherein the angle between the inner and outer surfaces of the clamping arms about 1.5 deg. is.
At the free ends of the clamping arms 4 and 5 respectively clamping arms 7 and 8 are mounted, which protrude at an acute angle of the clamping arms and to run towards each other, wherein the clamping arms each have a peak in correspondingly shaped grooves 9 and 10 of the contact wire 2 intervene. The mentioned tips and the grooves 9 and 10 have, for example, an angle of 78. The grooves 9 and 10 are arranged above a running through a central axis of the contact wire level.
At the transition region between the clamping arms 4 and 5 and the clamping arms 7 and 8 are lateral, pointing away from the plane of symmetry cantilevers 11 and 12, the cross member 3 facing upper side is flat and their side facing away from the cross member 3 underside a recess respectively.
Groove 13 and 14, which serves as a guide for a movable contact wire insertion device, which spreads apart the clamping and clamping arms for inserting the contact wire.
The cross member 3 projects laterally beyond the clamping arms 4 and 5 on both sides and is thickened in the transition region to the clamping arms via bevels.
The entire busbar 1 described so far is formed as a one-piece profile that can be produced in the pultrusion process.
As the material, for example, aluminum or an aluminum alloy is used, the or have the good electrical conductivity, so that the power supply to the contact wire 2 can also be done via the busbar 1.
The busbar 1 forms a total of a largely closed and interrupted only by a longitudinal slot for receiving the contact wire 2 box section that holds the contact wire 2 only by spring forces of the clamping and clamping arms. The profile as a whole is highly resistant to bending and torsion, wherein the clamping and clamping arms can be moved to a small extent resiliently with respect to the plane of symmetry 6 back and forth to insert the contact wire or replace.
On the other hand, this movement possibility is limited by the shape, dimensioning and material properties so that the contact wire 2 is held securely and is held securely even under mechanical stress by the pantograph of a vehicle.
For reasons of transport, handling and assembly busbars on a track have a maximum length of 10 m to 12 m. For a distance then multiple busbars are connected end-to-end abutting each other, which is done by push tabs 15, 16, which are used in the interior of the busbar profile and bridge the joint between two adjacent busbars (see.
Fig. 4).
Fig. 1 shows two such push tabs 15, 16, which generally have a rectangular profile and are respectively attached to the inside of an associated clamping arm 4 and 5 respectively. The length of the push tabs 15, 16 is of the order of 40 cm. The push tabs serve both the electrical connection between two adjacent busbar profiles as well as for the transmission of mechanical forces. The push tabs 15, 16 are fastened by screws 17, 18 which project through bores 19, 20 of the clamping arms 4, 5 and are screwed into threaded bores 21, 22 of the push tabs 15, 16.
Only two to four screws, which are screwed to adjacent busbars on both sides of a bus bar, are required for each push tab.
Due to a puncture clearance of the holes 19, 20 could be a small, but still unfavorable deflection of the busbar axes occur, which may result in a kink at the junction. Such a kink has a negative influence on the current decrease, since the pantograph is deflected there, thus can not continuously drag wire 2, which increases or decreases the contact forces between the pantograph and contact wire, whereby the risk that the pantograph from the profile jumps, the contact force loses and thus the power supply.
These mechanical-geometric and electrical disadvantages can not be accepted for a high-speed overhead conductor rail. For this purpose, in addition to the screw additionally a positive connection between the busbars and the push tabs is realized, in principle with a tongue and groove connection.
For this purpose, 4 and 5 projections 23, 24 and 25, 26 are mounted on the inner sides of the clamping arms, which protrude inwardly into the cavity of the busbar profile. The projections extend over the entire length of a busbar, since it is an extruded profile.
The spacing of the projections 23 and 24 or 25 and 26 is chosen as large as possible, i. the respective projections are as close as possible to the two ends of the clamping arms 4 and 5, respectively.
The push tabs 15 and 16 have corresponding grooves 27, 28 and 29, 30, in which engage the associated projections 23-26. Through this positive tongue and groove connection has a possible hole play the holes 19 and 20 has no effect and, even if the tongue and groove connection should have a small game, goes because of the length of the push tabs and thus the length of the tongue and groove connection a deflection or a kink between adjacent busbars virtually zero.
Thus, the overhead conductor rail can be laid practically exactly in one axis and there are no discontinuities, whereby the power consumption is improved and high speeds up to 250 km / h and greater are possible. Possible deformations are distributed continuously over the entire busbar system. Deflections in the vertical direction no longer occur at the joints.
In addition, an additional stiffening of the busbar profile is achieved by the projections 23, 24 and 25, 26.
In the embodiment of Fig. 1, the projections 23-26 in cross-section a trapezoidal profile, preferably the profile of an isosceles trapezium. Accordingly, the grooves 27-30 also have a trapezoidal profile whose depth is slightly greater than the height of the projections 23-26.
This achieves a wedge effect, which ensures that always takes a tight-fitting connection of the tongue and groove joint, even if in the production of the projections and / or grooves a certain amount of play is present. As a result, a defined mechanical connection is always achieved and at the same time a perfect electrical contact. In addition, it should be pointed out that the screws 17, 18 do not have to absorb any (vertical) transverse forces, so that a total of four to eight screws per busbar impact are required, namely two per pusher lug.
It should be noted that the leading edges of the projections and the leading edges of the grooves may be chamfered or rounded to facilitate insertion of the push tabs.
In order to achieve a better electrical connection between the push tabs and the clamping arms, according to a development of the invention may additionally be provided between the outside of the push tabs 15 and 16 and the inside of the clamping arms 4 and 5 each one or two contact blade strips 31, 32, 33, 34 to arrange, which will be described in more detail in connection with FIGS. 5, 6 and 7.
This ensures that the electrical connection is made not only in the region of the tongue and groove joint, but also between the larger-scale vertical surfaces of the push tabs and the clamping arms.
In the embodiment of Fig. 2, the projections 23-26 and the grooves 27-30 are rectangular, resulting in experiments to improved power transmission. Since the depth of the grooves 27-30 is greater than the height of the projections 23-26, it is always ensured that the vertical, opposing surfaces of the push tabs and the clamping arms come into contact with each other. Therefore, it is not absolutely necessary to provide the contact blade strips 31-34.
However, these can of course be provided to improve the contact resistance.
In addition, in the embodiment of FIG. 2 for further stiffening of the busbar profile at the top of the cross member 3, a perpendicular projecting from this web 34 is provided, which extends over the entire length of the busbar. This web is arranged centrally in the embodiment of FIG. It is also possible to provide a plurality of such webs, which then run parallel to each other at a distance.
At this point it should be noted that such webs can also be provided on the busbars according to the other embodiments, ie in particular Figs. 1 and 3-7.
In the embodiment of Fig. 3, the grooves 27-30 and the projections 23-26 are triangular in cross section.
Again, it can be ensured by appropriate dimensioning of the projections and / or the grooves that the vertical surfaces of the push tabs and the clamping arms always touch, so that here the contact lamella strips can be omitted.
Fig. 4 shows a side view of a joint 35 of two adjacent conductor rails 1 and 1a, which follow one another at the joint 35, which is shown here for clarity as an enlarged gap, and by the push tabs 15 and 16 (not visible in FIG ) are bridged. In practice, the gap is kept as small as possible and is determined by the spacing of the holes 19 and 20 to the end 36 and 36a of the busbar 1 and 1a on the one hand and the distance of the threaded holes 21 and 22 on the respective push tab 15 and 16 respectively ,
In practice, with a length of the impact tabs of about 400 mm, the distance between the threaded holes on a push tab at 200 mm, these holes are to be arranged symmetrically to the center of the push tab.
Fig. 5 shows a cross section of a push tab according to Fig. 2 and Fig. 6 shows an enlarged detail of the detail A. For attachment of the contact lamellae a recess 37 is provided on the vertical surface 36 which is opposite to the clamping arm in the mounted state , which has edge undercuts 38 and 39 at the edge. In this recess 37, a contact blade strip can be inserted and held by the undercuts 38 and 39. The undercuts each have a radius in their reason. The contact lamella strips extend over the entire length of the push tabs, as can be seen from FIG.
Such contact lamella strips are commercially available. They consist of electrically highly conductive material, such as e.g. Copper or aluminum, and have a variety of flexible blades. The depth of the recess 37 is in practice about 0.5 mm, while the width of the recesses is of the order of 13 to 14 mm.
The angle of the undercut 38 is of the order of 30.
As can be seen from Fig. 5, the push tab has two recesses 37 and 37a, which are preferably arranged symmetrically to the central axis of the threaded bore 22.
Fig. 7 shows a side view of a push tab with inserted contact blade strips 31 and 32 and the two threaded holes 19th
With the invention obtained very stable and easy to install busbars as longitudinally slotted hollow sections that have no deflections in the vertical direction and are therefore suitable for high-speed routes. By a positive connection of two longitudinally slotted hollow profiles to obtain a good electrical connection, which can be improved by contact lamellae strip.
Due to the special shape of the busbars insertion and also a later replacement of a contact wire is easily and automatically possible.