DE10054766A1 - Einspurvorrichtung für Stromabnehmer an Elektrobussen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Elektrobusse über zweipolige Leitungssysteme mit Energie zu versorgen. Die Leitungen verlaufen bedingt durch die Art der Aufhängung nur eingeschränkt parallel, d. h. der Abstand der Leitungen zueinander kann durchaus im Bereich von zehn Zentimetern oder mehr schwanken.

Die Stromabnehmer sind üblicherweise als U-förmige Kontaktschuhe ausgebildet, an der Spitze der Auslegerstangen um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet und werden von einer senkrecht nach oben gerichteten Kraftwirkung an die Leitungen angedrückt, so dass der elektrische Kontakt während der Fahrt erhalten bleibt.

Solche Systeme sind seit Jahrzehnten im Einsatz. Entsprechende Schutzrechte existieren unseres Wissens nicht.

Die bekannten Systeme sind dafür konzipiert, dass der Stromabnehmer über die gesamte Fahrstrecke hinweg angelegt bleibt. Da die Leitungsnetze für durchgängige Energieversorgung nicht nur aufwändig zu konstruieren und zu warten sind, sondern auch erhebliche Beeinträchtigungen des Stadtbildes mit sich bringen, erscheint es wünschenswert, die Fahrzeuge auf kurzen Teilstrecken drahtlos zu betreiben.

Dies bedingt einerseits eine zusätzliche autonome Energiebereitstellung im Fahrzeug, z. B. Batterien, Generator, Brennstoffzelle, Schwungrad, andererseits ein Stromabnehmersystem, das automatisiert, schnell und sicher an die Leitungen angelegt werden kann. Es sind verschiedene Entwicklungen bekannt, die sich auf die Frage der Energiebereitstellung im Fahrzeug beziehen, so z. B. der sog. DUO-Bus, ein Zweisystemfahrzeug, das einen Diesel-Generator an Bord mitführt, oder der im Patent Nr. 30 15 754 beschriebene Schwungradspeicher der Daimler-Benz AG, Stuttgart.

Auch zum Problem der automatisierten Zuführung der Stromabnehmer zu den Leitungen wurden Lösungsvorschläge veröffentlicht: Dornier Systems, Friedrichshafen schlägt in ihrem Patent Nr.24 60 843 vor, an den Abnehmerschuhen seitlich jeweils eine senkrechte, parallel zur Fahrtrichtung angeordnete Einspurhilfe, "Fahne", zu installieren, die das Einspuren erleichtern soll und bei Erreichen des Kontaktes nach unten abgeklappt wird. Die Nachteile dieses Systems bestehen darin, dass

• a) das automatisierte Anlegen mit dieser Vorrichtung nur im Stand erfolgen kann, weil die Fahne in aufgeklapptem Zustand in den Bereich der Fahrdrahtaufhängung hineinragt und
• b) beide Abnehmerstangen jeweils separat in einem meß- und regeltechnisch relativ aufwändigen Verfahren an den Fahrdraht herangeführt werden müssen.

Der Vorschlag von Etab. André Bardet SA, St. Etienne, Frankreich, Patent Nr. 81 10831 läuft auf den Versuch hinaus, eben diesen Meß- und Regelaufwand dadurch zu reduzieren, daß beide Stromabnehmerschuhe auf einem gemeinsamen Träger montiert werden. Die Umsetzung scheitert allerdings daran, dass, wie eingangs ausgeführt, die Fahrdrähte praktisch niemals in einem exakt vorhersehbaren Abstand zueinander vorgefunden werden.

Konsequenterweise hat es auch keines dieser Systeme zum Praxiseinsatz gebracht, wie z. B. in "stadtverkehr" 5/96 und 6/96 (Hondius: Übersicht über die technische Entwicklung der Obusse und Duobusse in der westlichen Welt) beschrieben: Entweder wird die gesamte Linienlänge von einer durchgehenden Oberleitung versorgt, oder die Fahrzeuge fahren auf bestimmten Abschnitten rein elektrisch, z. B. in Tunnels, und ansonsten mit Diesel, die Stromabnehmerschuhe werden entweder manuell oder bestenfalls halbautomatisch in stationären Vorrichtungen eingespurt. Konzeptionen, die an der Oberleitung ansetzen und von vornherein nur wenige hundert Meter lange durchgehende Streckenabschnitte elektrifizieren, Kreuzungen, Unterführungen, Linksabbieger, Bergabfahrten etc. konsequent aussparen und von daher auf ein sicheres und vor allem schnelles automatisches Wiederanlegen der Stromabnehmer auch während der Fahrt angewiesen sind existieren nicht.

Der formulierte Patentanspruch beschreibt ein Stromabnehmersystem, das dieser Aufgabenstellung gerecht wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass

• - das Gerät vollständig unterhalb der Unterkante des Fahrdrahtes verbleibt und somit im Prinzip überall und während der Fahrt eingespurt werden kann; Einschränkend wirken lediglich sehr enge Kurven oder grosse Ablenkungswinkel des Fahrdrahtes an einzelnen Aufhängepunkten in Bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Schwenkmechanismus an der Abnehmerstange sowie auf extreme Einbaulagen einzelner Bauteile der Fahrdrahtaufhängung.
• - die notwendige Zielgenauigkeit der Hub- und Schwenkmechanik dadurch verringert wird, dass nicht aus der ersten Annäherung der Abnehmerstange an den Fahrdraht heraus direkt eingespurt werden muss. Stattdessen wird durch den Kontakt des Fahrdrahtes mit einem der beiden aufgeklappten Flügel mit ein und demselben Signal die Hubbewegung beendet und gleichzeitig die Richtung der Schwenkbewegung definiert und diese eingeleitet.
• - die Breite des Erfassungsbereiches eines Abnehmers (die Spannweite der aufgeklappten Flügel) ohne Probleme mindestens dem Nennabstand der Fahrdrähte entsprechen kann und folglich der Zielgenauigkeit der Hub- und Schwenkmechanik entsprochen werden kann.
• - bei abgeklappten Flügeln der Stromabnehmerschuh nicht nur frei beweglich ist, sondern auch keine zusätzlichen Baugruppen an ihm montiert werden müssen. Da sich demgemäss die Masse des Schuhs nicht erhöht, sondern das gesamte Gerät an der Abnehmerstange verbleibt, wird vermieden, dass sich die entsprechend der Masse des Gerätes erhöhte Trägheit nachteilig beim Durchfahren von richtungsändernden Punkten auswirkt (Weichen, Kurven, Querabspannungen).
• - der Einsatz von Zweisystemfahrzeugen (Netz-/Batteriebetrieb) auf Streckenabschnitten, die mit konventionellen Abnehmersystemen betrieben werden, grundsätzlich ohne Umrüstaufwand des Leitungsnetzes möglich wird. Zudem kann das System in Form eines Anbaugerätes an vorhandene Abnehmern nachgerüstet werden.

In Zusammenhang mit dem letztgenannten Punkt bleibt hervorzuheben, dass sich dieses Gerät von dem vom Anmelder unter der Nummer 100 12 039.3 ebenfalls eingereichten Vorschlag dadurch wesentlich unterscheidet, dass jenes technische Konzept eine völlig neue Konfiguration der Fahrdrahtaufhängung voraussetzt. Die Abweichungen vom bisherigen Standard sind so gravierend, dass jenes System in da Konsequenz nur für Neueinrichtungen von Netzen wirtschaftlich erscheint. Das vorliegend beschriebene Gerät hingegen ist gerade auf die Behebung technischer Defizite der in Betrieb befindlichen Systeme ausgerichtet.

Es ist bekannt, die Drehbewegung, mittels derer Stromabnehmerstangen zum Zwecke des automatisierten Anlegens in der Horizontalen um ihr Fusslager geschwenkt werden, durch Antriebe zu erzeugen, die am Fahrzeugkorpus verankert sind. Entsprechende Vorschläge finden sich z. B. im Patent Nr. 81 10831 von Etab. André Bardet SA, St. Etienne, Frankreich, das einen elektromechanischen Antrieb auf dem Fahrzeugdach vorschlägt, oder im Nebenanspruch des Patentes Nr. (. . .) des Anmelders, hier wird ein hydraulischer Linearantrieb im Fahrzeugboden vorgeschlagen.

Diesen Antriebssystemen ist gemein, dass vorausgesetzt wird, dass die Lage der Abnehmerstange sowohl zum Fahrzeug als auch zur Fahrleitung erfaßt und in Bewegungssteuerung umgesetzt werden kann. Insbesondere der meßtechnische Aufwand ist erheblich.

Es erscheint wünschenswert, den Schwenkantrieb einer der Stromabnehmerstangen so zu konfigurieren, dass es möglich wird, diese Stange relativ zur zweiten, im Ablauf des gesamten Anlegevorganges vorauseilenden Abnehmerstange, zu bewegen.

Der Vorteil eines solchen Aufbaus besteht darin, dass der o. g. verhältnismässig hohe meß- und antriebstechnische Aufwand nur noch beim Einspuren einer Stange entsteht. Da die Fahrdrähte im wesentlichen parallel verlaufen, gibt die Position der bereits eingespurten Stange unabhängig vom Fahrzeug den Zielkorridor der noch einzuspurenden Stange in engen Grenzen vor. Im Zusammenwirken mit der Einspurvorrichtung gemäß Hauptanspruch wird eine wesentliche Vereinfachung dieses Teilbereiches des gesamten Anlegevorgangs erreicht.

Die Möglichkeit einer kontrollierten Relativbewegung der Abnehmerstangen zueinander soll dadurch erreicht werden, dass zwischen ihnen ein Linearantrieb, vorzugsweise ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder montiert wird. Seine Einbaulage sollte so gewählt werden, dass bei parallelen Abnehmerstangen die Kolbenstange nicht in einer Endlage steht, damit in beiden Arbeitsrichtungen ein ausreichender Winkelbetrag als Schwenkbereich zur Verfügung steht. Die Steuerventile müssen neben den entsprechenden Arbeitsfunktionen zusätzlich die Optionen haben, entweder beide Druckräume zu verriegeln, so daß der Zylinder als starre Verbindung zwischen den Abnehmerstangen beim Schwenken dienen kann, oder beide Druckräume zur Atmosphäre freizuschalten, damit sich bei angelegten Stromabnehmerschuhen die Stangen im normalen Fahrbetrieb frei zueinander bewegen körnen. Die entsprechenden Funktionen (ein- oder ausfahren, Stoppfunktion, Freischaltfunktion) können auch bei anderen Antriebsarten realisiert werden (z. B. bei elektrischen Spindel- oder Zahnstangenantrieben durch entsprechende Brems- und Kupplungselemente).

Wird zusätzlich am Fuss mindestens einer Stange eine Schwenkbremse installiert, so ergibt sich die technische Möglichkeit, bei beiden Abnehmerstangen auf einen eigenständigen Schwenkantrieb der eingangs genannten Art zu verzichten.

Wird statt einer Schwenkbremse an einer der Abnehmerstangen ein konventioneller Schwenkantrieb montiert, so erweitert sich zumindest theoretisch der Schwenkbereich, innerhalb dessen die gesamte Abnehmereinrichtung verfahrbar ist. Wird ein solcher Aktionsbereich nicht benötigt, so stellt die Schwenkeinrichtung aus Druckluftzylinder und Fussbremse auch unter dem Gesichtspunkt ihrer einfachen Integration in das bordeigene Pneumatik- und Hydrauliksystem die kostengünstigste und gewichtsparendste Variante des Schwenkantriebs dar, die sich auch zur einfachen Nachrüstung anbietet.

Im Zusammenwirken mit der Einspurvorrichtung gemäss Hauptanspruch wird eine Gesamtkonfiguration möglich, bei der der grösste Teil des Anlegevorganges unter Verzicht auf elektronische Regelungselemente mit klaren, analogen Steuersignalen abgewickelt werden kann, z. B. unter Einsatz einer handelsüblichen SPS.

Im Ergebnis entsteht ein System, das sich durch hohe Betriebssicherheit bei günstigen Kosten auszeichnet.

Darstellungen

Die Bauelemente werden wie folgt numeriert:
I Stromabnehmerschuh
II Flügel
III Kontaktleiste
IV Korpus
V Antrieb, hier: Pneumatikzylinder
VI Schubstangen (Klappmechanik)
VII Abnehmerstange
VIII Fahrdraht
IX Schwenkvorrichtung, hier Pneumatikzylinder

Die Zeichnungen 1 bis 3 zeigen die Bau- und Funktionsweise der Einspurhilfe gemäss Hauptanspruch.

Zeichnung 1 zeigt das Gerät von vom, teilweise im Schnitt (Abnehmerschuh). Die Flügel sind hier in Erwartung des Kontaktes mit dem Fahrdraht aufgeklappt, der Zylinder ist eingefahren.

Zeichnung 2 zeigt das Gerät in der gleichen Ansicht, der Zylinder ist hier ausgefahren, die Flügel entsprechend nach unten abgeklappt.

Zeichnung 3 zeigt die Einspurhilfe in Seitenansicht mit aufgeklappten Flügeln. Die Zeichnung stellt das Gerät als nachrüstbare Ausführung dar (mit zwei Schellen nachträglich an der Auslegerstange befestigt).

Zeichnung 4 zeigt ein Fahrzeug mit dem kompletten Aufbau, bestehend aus den beiden Auslegerstangen, den beiden Anbaugeräten mit aufgeklappten Flügeln und dem Schwenkzylinder zwischen den Abnehmerstangen. In dieser Darstellung werden zusätzlich zwei Schubstangen auf der jeweiligen Innenseite der Ausleger gezeigt. Sie verbinden über geeignete Gelenke den Schwenkzylinder mit der Anlenkung der Einspurgeräte (Der Winkelfehler, der durch die Abweichung von der parallelen Ausgangslage der Abnehmerstangen entsteht ist vernachlässigbar).

Die dargestellte Situation stellt das Ende der ersten Annäherung dar, welche mittels geeigneter, technisch bekannter Verfahren (z. B. optoelektronische Messung) realisiert werden muss. Die vorauseilende (hier: in Fahrtrichtung rechte) Abnehmerstange befindet sich fast am Ende ihres Hubweges, der (hier: innere) Flügel steht unmittelbar vor dem Schliessen des Kontaktes zum Fahrdraht. Die zweite Abnehmerstange befindet sich noch deutlich unterhalb ihres Zieles.

Die Zeichnungen 5 bis 9 zeigen in stark schematisierter Art und Weise die einzelnen Schritte im Verlauf des gesamten Anlegevorganges, die Pfeile deuten die jeweils nächste Bewegung der Flügel bzw. der Abnehmerstange an.

Zeichnung 5: Ausgangssituation, Auslegerstangen ruhen auf dem Fahrzeugdach, Flügel abgeklappt. Wird der Anlegevorgang eingeleitet, so werden als erstes die Flügel aufgeklappt, dann die vorauseilende Abnehmerstange angehoben.

Zeichnung 6 (auf die vollständige Darstellung des Fahrzeuges wird ab hier verzichtet): beide Abnehmerstangen befinden sich in der Hubbewegung, die linke (in Fahrtrichtung: rechte) Stange eilt voraus, wird dabei über geeignete Vorrichtungen geleitet. Die rechte (in Fahrtrichtung: linke) Stange folgt mit gleicher Hubgeschwindigkeit nach, wird dabei am Fusslager mit durch Festsetzen einer Bremse gegen Drehen gehalten, die Schwenkbewegung des vorauseilenden Zylinders wird durch entsprechende Ansteuerung des Schwenkzylinders IX erzeugt.

Zeichnung 7: Der erste Abnehmer hat den Fahrdraht erreicht, durch Schwenken wird der Schuh in Einspurposition gebracht. Unterdessen setzt der zweite Abnehmer seine Hubbewegung fort.

Zeichnung 8: Der erste Abnehmerschuh ist eingespurt, die Flügel können abgeklappt werden, um seine Bewegung im Fahrdraht freizugeben. Durch Einfahren des Schubzylinders wird der zweite Abnehmerschuh in Einspurposition gebracht. Die Bremse des Fusslagers ist jetzt schon freigegeben, die Stromabnehmer schwenken frei am Fahrzeug, werden über den eingespurten Abnehmerschuh zum Fährdraht hin ausgerichtet.

Zeichnung 9: Der Anlegevorgang ist beendet, beide Abnehmerschuhe sind eingespurt. Die Flügel des zweiten Gerätes können jetzt abgeklappt werden, der Schubzylinder wird freigeschaltet, um die Bewegung der Abnehmerstangen relativ zueinander (bei schwankendem Abstand der Fahrdrähte zueinander) nicht zu behindern.

Claims (2)

1. Einspurvorrichtung für Stromabnehmer an Elektrobussen, dadurch gekennzeichnet, dass sich an jeder Abnehmerstange unterhalb des Stromabnehmerschuhs ein Korpus mit einer Antriebseinheit, z. B. einem Pneumatikzylinder, befindet, durch welche zwei (geschlossene) Flügel oder (offene) Drahtschlaufen aufgeklappt werden und in hochgeklapptem Zustand den Stromabnehmerschuh dergestalt umfassen, dass ihre oberen Kanten eine horizontale Linie bilden und mit den Oberkanten des Stromabnehmerschuhes abschliessen. Die Oberkante des Flügels ist als Kontaktleiste ausgebildet und gegen Korpus und Abnehmerschuh isoliert. Bei Kontakt des Fahrdrahtes mit dieser Leiste entsteht ein elektrisches Signal, das mittels üblicher mess- und regeltechnischer Einrichtungen zur Unterbrechung der Hubbewegung und zur Einleitung der Schwenkbewegung in der benötigten Richtung genutzt werden kann.
Entlang der horizontalen Abschlußkante wird mittels dieser Schwenkbewegung der Abnehmerstange der Stromabnehmerschuh zum Fahrdraht gelenkt und durch die senkrecht wirkende Andruckkraft eingespurt.
Dabei ist der Korpus um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert und der Drehpunkt dieses Gelenkes so angeordnet, dass er in der Verlängerung der Achse des Schwenkgelenkes des Stromabnehmerschuhes liegt. Bei aufgeklappten Flügeln bzw. Schlaufen kann die gesamte Einheit aus Einspurvorrichtung und Schuh über eine Anlenkung geschwenkt und auf diesem Wege zum Fahrzeug bzw zum Fahrdraht ausgerichtet werden.

2. Vorrichtung zum Schwenken der Abnehmerstangen, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Fuss mindestens einer Abnehmerstange ein Antrieb (auch zum Arretieren der Abnehmerstange geeignet) oder auch nur eine Bremse zum Arretieren der Drehbewegung befindet und zwischen den Abnehmerstangen ein Linearantrieb (z. B. ein Pneumatikzylinder) angeordnet ist, der bei paralleler Lage der Abnehmerstangen in beide Richtungen verfahrbar ist, also ca. in der Mitte zwischen seinen beiden Endlagen steht.
Durch Festsetzen der einen Abnehmerstange mittels der erwähnten Bremse kann durch Verfahren des Zylinders die andere Abnehmerstange bewegt werden, um den Stromabnehmerschuh am Fahrdraht einzuspuren. Ist der eine Abnehmerschuh eingespurt, so kann die zweite Abnehmerstange analog bewegt werden, wobei als Gegenlager nicht mehr eine Bremse am Fahrzeug dient, sondern die seitliche Führung des bereits angelegten Schuhes.