-
Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die
DE 10 2015 101 849 A1 offenbart einen Stromabnehmer für einen in eine Fahrtrichtung längs einer Schleifleitung verfahrbaren elektrischen Verbraucher, mit zwei an einer Wippe in Fahrrichtung hintereinander angeordneten Schleifkontakten, wobei die Wippe um eine senkrecht zur Fahrrichtung verlaufende Drehachse an einem Kipparm gelagert ist, durch den die Wippe zur Kontaktierung der Schleifstücke mit einem elektrisch leitenden Leiterstrang der Schleifleitung zum Leiterstrang hin bewegbar ist. Die Wippe weist einen Kipparm auf, auf dem ein Federarm gleitet, der bei Auslenkung der Wippe aus einer Ruhestellung gespannt wird und die Wippe zur Ruhestellung hin drückt. Dieser Stromabnehmer ermöglicht zwar ein sicheres Anpressen der Schleifkontakte in ihrer Zustellrichtung an die Schleifleitung hin, Bewegungen der Schleifkontakte quer zur Längsrichtung der Schleifleitung können aber nicht ausgeglichen werden.
-
Um auch einen Ausgleich auch solcher Bewegungen zu ermöglichen, lehrt die
DE 10 2017 128 173 A1 einen Stromabnehmer, dessen Schleifkontakt zusätzlich in eine im wesentlichen quer zur Längsrichtung verlaufende Querrichtung beweglich ist, wobei zwischen Schleifkontakt und Halterung ein Federelement vorgesehen ist. Durch das Federelement wird der Schleifkontakt in Querrichtung in einer Normalstellung gehalten, wobei das Federelement zum einen eine Auslenkung des Schleifkontakts in Querrichtung aus der Normalstellung ermöglicht, zum anderen aber den Schleifkontakt wieder in Richtung der Normalstellung zieht.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen neuen Stromabnehmer für ein Schleifleitungssystem bereitzustellen, der Auslenkungen des Schleifkontaktes aus einer Normalstellung bezüglich des Stromabnehmers in mehreren Richtungen ermöglicht, um Abweichungen zwischen der sich aus der Bewegungsbahn des Stromabnehmers ergebenden Bewegungsbahn des Schleifkontaktes in seiner Normalstellung und dem Verlauf der Schleifleitung auszugleichen.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Stromabnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß weist ein Stromabnehmer zur elektrischen Versorgung eines längs einer Schleifleitung bewegbaren elektrischen Verbrauchers, mit mindestens einem während der Bewegung des Verbrauchers in schleifendem Kontakt mit einer Stromschiene der Schleifleitung stehenden Schleifkontakt, welcher durch den Stromabnehmer beweglich gelagert ist, zur Lagerung des Schleifkontaktes eine mehrachsige kardanische Lageranordnung auf. Hierdurch können geringfügige Parallelitätsabweichungen der Bewegungsbahn des an dem elektrischen Verbraucher montierten Stromabnehmers von dem Verlauf der Schleifleitung in mehreren Raumrichtungen ausgeglichen werden und es kann ein Verkanten des Schleifkontaktes gegenüber der Stromschiene der Schleifleitung, welches einen erhöhten Verschleiß zur Folge hat, oder ein Abheben des Schleifkontaktes von der Stromschiene infolge solcher Bahnabweichungen vermieden werden.
-
Zweckmäßigerweise verlaufen die Achsen der Lageranordnung orthogonal zueinander und eine Halterung, in welcher der Schleifkontakt aufgenommen ist, ist an der Lageranordnung so befestigt, dass die Achsen bezüglich der vorgesehenen Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes entlang der Schleifleitung zumindest eine Nickachse und eine Gierachse darstellen. Diese zwei Achsen im Sinne eines fahrzeugeigenen Koordinatensystems stellen die wichtigsten Freiheitsgrade zur korrekten Führung eines Schleifkontaktes entlang einer Schleifleitung dar.
-
Bevorzugt ist die Halterung des Schleifkontaktes unmittelbar an demjenigen Drehlager gelagert, dessen Achse die Nickachse ist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass eine Nickbewegung des Schleifkontaktes besonders kritisch ist, weil sie wegen der üblicherweise länglichen Form von Schleifkontakten den flächigen Kontakt mit der Stromschiene der Schleifleitung potentiell am gravierendsten beeinträchtigt.
-
Vorzugsweise umfasst die Lagerung drei Achsen und die dritte Achse stellt bezüglich der vorgesehenen Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes entlang der Schleifleitung eine Rollachse dar. Hierdurch verfügt die Lageranordnung über drei rotatorische Freiheitsgrade und ermöglicht eine optimale dreidimensionale Ausrichtung der Lage des Schleifkontaktes parallel zum Verlauf der Schleifleitung.
-
Zweckmäßigerweise ist das Drehlager der Nickachse an dem Drehlager der Rollachse und das Drehlager der Rollachse an dem Drehlager der Gierachse gelagert. Dies ermöglicht einen geringen Abstand der Rollachse von der Schleifleitung, der für eine hohe Positionierungsgenauigkeit des Schleifkontaktes bezüglich der Rollachse wünschenswert ist, während der Abstand des Drehlagers der Gierachse in Richtung derselben für die Positionierungsgenauigkeit des Schleifkontaktes weniger bedeutsam ist. Die Lagerung beinhaltet bevorzugt eine aktive Stabilisierungseinrichtung mit jeweils einem Drehantrieb und einem Bewegungsregelkreis für die Drehlager aller drei Achsen. Es versteht sich, dass die Regelkreise zur Erfassung der räumlichen Bewegung der Lagerung mit mehreren Beschleunigungssensoren für die verschiedenen Richtungskomponenten einer Bewegung ausgerüstet sind. Durch die aktive Stabilisierung kann einer Fehlpositionierung des Schleifkontaktes durch Bahnabweichungen des Stromabnehmers mit sehr kurzer Reaktionszeit entgegengewirkt werden.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bewegungsregelkreise des aktiven Stabilisators für einen Folgemodus eingerichtet sind, in dem der Schleifkontakt einer parallel zu einer Längsrichtung der Schleifleitung verlaufenden Bewegung des Stromabnehmers bezüglich aller drei Achsen unter Kompensation von überlagerten abrupten Abweichungen folgt. Dreiachsige aktive Stabilisatoren sind als solche in der Videotechnik zur Stabilisierung von Videoaufnahmen, die mittels handgeführter Kameras aufgenommen werden, unter der Bezeichnung Gimbal bekannt. Solche Stabilisatoren haben verschiedene wählbare Betriebsmodi, unter anderem einen sogenannten Folgemodus, in dem die gelagerte Kamera der Bewegungsbahn der Lagerung unter Kompensation abrupter Abweichungen folgt, so dass Wackel- bzw. Zitterbewegungen, welche einer beabsichtigten Bewegung überlagert sind, eliminiert werden. Dieser Betriebsmodus ist für die hier vorliegende Anwendung optimal. Ein Beispiel für einen anderen Betriebsmodus ist der Sperrmodus, in dem die Position der Kamera bei Bewegungen der Lagerung durch die Regelkreise vollkommen still gehalten wird. Dieser Modus wäre für die hier vorliegende Anwendung nicht geeignet, weil eine Bewegung des Stromabnehmers entlang einer gekrümmten Bahnkurve nicht möglich wäre.
-
Vorzugsweise ist der Schleifkontakt in der Halterung beweglich gelagert und die Halterung weist ein elastisches Element auf, welches den Schleifkontakt mit einer Kraft in Richtung der Stromschiene der Schleifleitung beaufschlagt, wenn sich der Schleifkontakt in Kontakt mit der Stromschiene befindet. Hierdurch wird unabhängig von der Positionsstabilisierung des Schleifkontaktes eine definierte Anpresskraft des Schleifkontaktes gegen die Stromschiene der Schleifleitung bewirkt. Alternativ hierzu kann die kardanische Lageranordnung insgesamt an dem Stromabnehmer beweglich gelagert sein. In diesem Fall ist ein elastisches Element vorgesehen, welches die gesamte Lageranordnung mit einer Kraft in Richtung der Stromschiene der Schleifleitung beaufschlagt, wenn sich der Schleifkontakt in Kontakt mit der Stromschiene befindet, wodurch ebenfalls eine definierte Anpresskraft des Schleifkontaktes gegen die Stromschiene erzeugt wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen:
- 1 eine zum Teil aufgebrochene dreidimensionale Schrägansicht einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers an einer Schleifleitung,
- 2 eine Vorderansicht der Anordnung von 1,
- 3 eine Seitenansicht der Anordnung von 1 und
- 4 eine Draufsicht auf die Anordnung von 1.
-
1 zeigt eine zum Teil aufgebrochene dreidimensionale Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers 1 mit einer an sich bekannten, in einer Längsrichtung L verlaufenden Schleifleitung 2. Je nach Anwendung können auch mehrere solche Schleifleitungen 2 nebeneinander angeordnet werden, für die jeweils ein Stromabnehmer 1 benötigt wird. Da der Stromabnehmer 1, wie aus den 1, 2 und 4 ersichtlich ist, eine größere Breite als die Schleifleitung 2 hat, ist es in diesem Fall erforderlich, die Stromabnehmer 1 in der Längsrichtung L gegeneinander versetzt anzuordnen.
-
Die Schleifleitung 2 weist eine Stromschiene 3 mit einem trogförmigen Schleifabschnitt 4 aus einem elektrisch leitenden Material auf. Je nach Anwendung und insbesondere der Höhe des zu übertragenden elektrischen Stroms kann auch die ganze Stromschiene 3 aus einem elektrisch leitenden Material oder einer Kombination unterschiedlicher elektrisch leitender Materialien bestehen.
-
Die Stromschiene 3 ist von einem Isolierprofil 5 aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben und dient u.a. als Berührungsschutz für Bedienpersonal und zum Verhindern von Erdschlüssen und, bei mehreren nebeneinander angeordneten Schleifleitungen 2, von Leiterschlüssen zwischen den Stromschienen der nebeneinander angeordneten Schleifleitungen 2. Auf der in 1 nach unten weisenden Seite weist die Schleifleitung 2, also insbesondere auch die Stromschiene 3 und das Isolierprofil 5, einen in Längsrichtung L verlaufenden Längsschlitz 6 auf. Die obige Ausgestaltung ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und bedarf keiner eingehenderen Erläuterung.
-
Um einen zumindest in der Längsrichtung L längs der Schleifleitung 2 verfahrbaren elektrischen Verbraucher mit Strom aus der Stromschiene 3 versorgen zu können, ist ein Stromabnehmer 1 vorgesehen. Der Stromabnehmer 1 weist einen Schleifkontakt 7 auf, der in einer Schleifkontakthalterung 8 des Stromabnehmers 1 gehalten ist. Der Schleifkontakt 7 kann zur elektrischen Kontaktierung mit dem trogförmigen Schleifabschnitt 4 der Stromschiene 3 mittels einer in den Figuren nicht gezeigten Zustellvorrichtung in eine Zustellrichtung Z durch den Längsschlitz 6 hindurch zum Schleifabschnitt 4 hin bewegt und beständig daran angedrückt werden. Die Zustellvorrichtung befindet sich unterhalb einer Basisplatte 9 des Stromabnehmers 1 und ist dazu ausgelegt, diese und mit ihr die nachfolgend beschriebene Lageranordnung und damit die an dieser befestigte Halterung 8 und den Schleifkontakt 7 linear in der Zustellrichtung Z zu bewegen.
-
Auf der Basisplatte 9 des Stromabnehmers 1 ist eine dreiachsige kardanische Lageranordnung montiert, über welche die Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 an der Basisplatte 9 gelagert ist. Die kardanische Lageranordnung umfasst drei Drehlager 10, 11 und 12. Ein erstes Drehlager 10 ist unmittelbar an der Basisplatte 9 montiert. Bezüglich der vorgesehenen Bewegung des Schleifkontaktes 7 entlang der Schleifleitung 2, welche der Längsrichtung L der Schleifleitung 2 entspricht, ist die Drehachse dieses ersten Drehlagers 10 eine Gierachse G.
-
Das zweite Drehlager 11 ist über eine erste Montageplatte 13, einen ersten Tragarm 14 und eine zweite Montageplatte 15 mit dem ersten Drehlager 10 so verbunden, dass die Drehachse des zweiten Drehlagers 11 bezüglich der vorgesehenen Bewegung des Schleifkontaktes 7 entlang der Schleifleitung 2 eine parallel zur Längsrichtung L der Schleifleitung 2 verlaufende Rollachse R ist.
-
Das dritte Drehlager 12 ist über eine dritte Montageplatte 16, einen zweiten Tragarm 17 und eine vierte Montageplatte 18 mit dem zweiten Drehlager 11 so verbunden, dass die Drehachse des dritten Drehlagers 12 bezüglich der vorgesehenen Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes 7 entlang der Schleifleitung 2 eine Nickachse N ist, die quer zur Längsrichtung L der Schleifleitung 2, d.h. parallel zu der in den Figuren mit Q gekennzeichneten Querrichtung der Schleifleitung 2 liegt. An dem dritten Drehlager 12 ist die Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 montiert. Somit ist die Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 insgesamt über eine aus den Drehlagern 10, 11 und 12 bestehende dreiachsige kardanische Lagerung mit der Basisplatte 9 verbunden.
-
Zu den hier verwendeten Bezeichnungen der Achsen G, R und N der Drehlager 10 bis 12 ist anzumerken, dass sich diese auf die grundsätzliche Art der Bewegung beziehen, welche eine Drehung des jeweiligen Lagers für den Schleifkontakt 7 zur Folge hat. Wie ein Fachmann anhand der Figuren ohne weiteres erkennt, verlaufen diese Achsen hier aber nicht durch den Schwerpunkt des Schleifkontaktes 7, wie es ansonsten bei der Definition fahrzeugfester Koordinatensysteme üblich ist.
-
Jedes der Drehlager 10, 11 und 12 ist mit einem elektrischen Drehantrieb, d.h. mit einem elektrischen Servomotor ausgerüstet, der jeweils durch einen ihm zugeordneten Bewegungsregelkreis angesteuert wird. Es handelt sich also bei der durch die Drehlager 10, 11 und 12 gebildeten dreiachsigen kardanischen Lageranordnung um eine Lagerung mit aktiver Stabilisierung. Die drei Bewegungsregelkreise sind so eingerichtet, dass sie die Bewegung der an dem dritten Drehlager 12 montierten Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 entlang der Schleifleitung 2, d.h. in deren Längsrichtung L, stabilisieren und abrupte Positionsänderungen der Basisplatte 9, durch welche deren Bewegung von einer zu der Schleifleitung 2 exakt parallel in einen definierten Abstand in Z- und Q-Richtung verlaufenden Bahn abweicht, kompensieren, so dass der flächige Kontakt des Schleifkontaktes 7 mit dem Schleifabschnitt 4 der Stromschiene 3 auch bei Unregelmäßigkeiten der Bewegung des Stromabnehmers 1 stets aufrechterhalten bleibt.
-
Aktiv stabilisierte dreiachsige kardanische Lagerungen dieser Art sind im Bereich der Videotechnik an sich unter der Bezeichnung Gimbal bekannt und auf dem Markt erhältlich. Sie werden in der Videotechnik insbesondere zur Bildstabilisierung bei handgeführten oder an Drohnen montierten Kameras, d.h. zur Kompensation von unbeabsichtigten Wackel- bzw. Zitterbewegungen, die einer beabsichtigten Bewegung einer Kamera überlagert sind, verwendet. Der hier vorgesehene Betriebsmodus ist im Bereich der Videotechnik als Folgemodus eines Gimbal bekannt. Daher bedarf die technische Realisierung sowohl der Antriebe, als auch der diesen zugeordneten Regelkreise hier keiner Erläuterung, sondern sie sind als solche bekannt. Die vorliegende Erfindung besteht nicht in einer aktiven dreiachsigen kardanischen Lagerung mit Bewegungsregelung als solcher, sondern in deren Anwendung auf einen Stromabnehmer eines Schleifleitungssystems.
-
Durch die aktiv stabilisierte dreiachsige kardanische Lagerung können Unregelmäßigkeiten der Relativbewegung zwischen dem Stromabnehmer 1 und der Schleifleitung 2 ausgeglichen werden. Insbesondere kann auch eine systematische Fehlorientierung des Schleifkontaktes 7 gegenüber dem Schleifabschnitt 4 der Schleifleitung 2, die eine einseitige Abnutzung und einen erhöhten Verschleiß des Schleifkontaktes 7 zur Folge hätte, vermieden werden.
-
Zur Stromzuführung von dem Schleifkontakt 7 zu dem in den Figuren nicht gezeigten elektrischen Verbraucher ist eine elektrische Leitung 19 vorgesehen, die annähernd geradlinig von der Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 durch die erste Montageplatte 13 und das erste Drehlager 10 sowie die Basisplatte 9 hindurch in Richtung des in den Figuren nicht dargestellten Verbrauchers führt. Zur Beaufschlagung des Schleifkontaktes 7 mit einer definierten Kraft in Richtung des Schleifabschnitts 4 der Stromschiene 3, die für eine kontinuierliche Stromübertragung mit geringem Übergangswiderstand nötig ist, kann entweder in der Halterung 8 des Schleifkontaktes 7 oder unterhalb der Basisplatte 9 ein elastisches Element vorgesehen sein, welches in der Betriebsstellung des Stromabnehmers 1 ausgelenkt ist und hierdurch besagte Kraft ausübt.
-
In einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren nicht gezeigt ist, könnte die kardanische Lageranordnung nur zwei Drehachsen aufweisen. Vorzugsweise würden diese dann bezüglich der vorgesehenen Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes entlang der Schleifleitung eine Nickachse und eine Gierachse darstellen. Der Freiheitsgrad einer Bewegung des Schleifkontaktes um eine Rollachse könnte in diesem Fall beispielsweise durch eine federnde Lagerung des Schleifkontaktes in einer Schleifkontakthalterung, welche eine geringfügige Drehbewegung des Schleifkontaktes um eine Rollachse erlaubt, bereitgestellt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015101849 A1 [0002]
- DE 102017128173 A1 [0003]
