DE2456838C2 - Stromabnehmer für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromabnehmer für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das während seiner Fortbewegung entlang einer Fahrleitung im begrenzten Umfang quer zur Fahrtrichtung beweglich ist, und außerdem mit einer zweiten Antriebsquelle ohne Stromzufuhr von der Fahrleitung ausgerüstet ist, mit Antriebsorganen, durch die der Stromabnehmer zumindest quer zur Fahrtrichtung bewegbar ist, mit einer Abtastvorrichtung, die die Position des Stromabnehmers relativ zur Fahrleitung abtastet, und mit einer Regeleinrichtung, durch die der Stromabnehmer abhängig von den Signalen der Abtastvorrichtung automatisch der Fahrleitung nachführbar ist.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise bei Oberleitungsomnibussen verwendbar, die mit elektrischem Strom von einem oder mehreren über der Busfahrbahn angeordneten, stromführenden Fahrleitungen oder Kontaktleitungen angetrieben werden. Im Normalfall sind diese Busse mit einem Stromabnehmer in Form eines Schleif- oder Rollenkontaktes ausgerüstet, die auf einem schwenkbaren Hebelarmsystem angeordnet sind, das dem Bus Abweichungen von einigen Metern zu beiden Seiten der Fahrleitung erlaubt

Die Abhängigkeit von der aus Kostengründen begrenzten Leitungsführung im Straßennetz bringt eine Einschränkung des Fahrzeug-Aktionsbereiches mit sich. Es ist daher wünschenswert, sich zumindest für kürzere Strecken aus der Abhängigkeit von der Fahrleitung befreien zu können.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Bus zeitweilig mittels Energie angetrieben wird, die z. B. in Batterien gespeichert wurde, während der Bus mit der Fahrleitung verbunden war. Er kann auch von einem Gyroschwungrad, einem Verbrennungsmotor oder auf andere Weise angetrieben werden.

Eine Voraussetzung für die zeitweilige Lösung von der Fahrleitung ist jedoch, daß der Stromabnehmer in Berührung mit dieser gebracht werden kann, wenn sich der Bus wieder in die Oberfeitungsfahrbahn einordnet.

Durch die US-PS 35 47 237 ist ein elektrisch ohne Schienen betriebenes Fahrzeug bekanntgeworden, das über eine fahrzeugeigene Zusatzbatterie und über eine mechanische Vorrichtung zum selbsttätigen Einfädeln des Stromabnehmers in die Oberleitung verfügt.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die DE-PS 23 44 857 vorgeschlagen worden.

Dieser Stromabnehmer verfügt über eine Reihe von nebeneinander liegenden Schleifstücken, die es erlauben, die Position des Stromabnehmers relativ zum Fahrdraht zu erfassen und den Stromabnehmer nachzuführen. Nachteilig hierbei ist die relativ große Breite des Stromabnehmers sowie die Tatsache, daß die Nachführung des Stromabnehmers erst nach der Kontaktnahme mit der Fahrleitung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Stromabnehmer schon vor der Berührung mit der Fahrleitung in die richtige Stellung zu bringen und somit ein Einsteuern ohne zusätzliche mechanirche Hilfsmittel zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Einsteuern des Stromabnehmers 8 auf die Fahrleitung 15, 16 ein Signalsender 16; 19 entlang der Fahrleitung 15, 16 verläuft, und daß die Abtastvorrichtung ein Signalempfänger 18; 23 ist.

Die Signale zur Einsteuerung des Stromabnehmers können dadurch erzeugt werden, daß eine parallel zu der Fahrleitung verlegte, getrennte Signalleitung mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird jedoch die Fahrleitung selbst als Signalträger herangezogen. Wird das Fahrzeug mit Gleichstrom abgetrieben, kann der Gleichspannung eine Wechselspannung überlagert oder eine pulsierende Gleichspannung verwendet werden.

Der Signalempfänger kann Antennen herkömmlicher Art enthalten, beispielsweise solche, die zur Steuerung von unbemannten Elektrokarren entlang der Steuerschleife benutzt werden.

Die Signale vom Signalempfänger werden einem Steuergerät zugeführt, welches Antriebsorgane für den Stromabnehmer steuert. Der Stromabnehmer und der Signalempfänger können an einem Hebelsystem angebracht sein, das mittels der Antriebsorgane quer zur Fahrzeugrichtung und gegebenenfalls auch in der Höhe verschwenkt werden kann. Die Antriebsorgane können beispielsweise hydraulisch oder elektrisch arbeiten. Das Hebelsystem kann gegebenenfalls ein federndes Gelenk enthalten, das geeignet ist, Höhenunterschiede der Fahrleitung auszugleichen. Das Hebelsystem kann auch

mit Mitteln versehen sein, die die Antriebsorgane abschalten, wenn der Stromabnehmer die Fahrleitung berührt und dieser mechanisch nachfolgt, wenn das Hebelsystem mittels Federkraft aufwärts gepreßt wird.

Die Einsteuerung des Stromabnehmers kann halbautomatisch erfolgen, wobei der Fahrer den Stromabnehmer von Hand über eine Servosteuerung senkt, wenn sich das Fahrzeug von der Fahrleitung entfernt. Ordnet sich das Fahrzeug wieder in die Oberleitungsfahrbahn ein, kann der Fahrer ein Anheben des Stromabnehmers veranlassen, wobei dessen seitliches Einsteuern durch die von der Signalleitung aufgenommenen Signale gesteuert wird, bis die Anhebung des Stromabnehmers eine Berührung mit der Kontaktleitung und ein mechanisches Nachlaufen an dieser herbeigeführt hat. Ein ständiges seitliches Steuern mit Hilfe des Signals von der Signalleitung ist ebenfalls denkbar.

Sind die Kontaktstücke des Stromabnehmers so — z. B. als schmale Rinnen — ausgeführt, d"ß sie parallel zur Kontaktleitung eingesteuert werden müssen, um den erforderlichen Kontakt und die erforderliche Steuerung herzustellen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, daß im Abstand von dem zuerst genannten Signalempfänger 18; 23 ein weiterer Signalempfänger vorgesehen ist, der Signale vom Signalsender 16; 19 empfängt, daß der Stromabnehmer 8 mit drehbaren Kontaktstücken !3,14 versehen ist, daß weitere Antriebsorgane vorhanden sind und daß die Regeleinrichtung die weiteren Antriebsorgane in Abhängigkeit von Signalen der beiden Signalempfänger so steuert, daß die Kontaktstücke in die Betriebslage gedreht werden.

Für gewisse Anwendungsfälle kann die Kontaktleitung natürlich auch seitlich vom Fahrzeug oder unter demselben angeordnet sein.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht eines Busses mit einem an einem Hebelarm angebrachten Stromabnehmer, der sich in Berührung mit einer darüberliegenden Fahrleitung befindet,

Fig.2 und 3 den Bus und die Fahrleitung gemäß F i g. 1 von hinten bzw. von oben gesehen, und

Fig.4 die Seitenansicht eines Stromabnehmers an einem abgewandelten Hebelarm sowie ein Blockschema, das die Steuerung des Stromabnehmers veranschaulicht.

Fig. 1 bis 3 zeigen einen Bus 1 mit einem auf dem Dach angebrachten Drehtisch 2, auf welchem ein Hebelarm 3 montiert ist, der um eine horizontale Achse 4 schwenkt. Der Drehtisch 2 besitzt einen nicht gezeigten Hydromotor zur Drehung des Tisches 2 und des Hebelarms 3 um eine vertikale Achse 5. Ein Hydrozylinder 6 ist mit einem Ende mit dem Drehtisch 2 verbunden, seine Kolbenstange 7 greift am Hebelarm 3 an. An seinem freien Ende trägt der Hebelarm 3 eine Stromabnehmervorrichtung 8, enthaltend ein Gabelelement 9, das mit dem Hebelarm 3 durch ein Gelenk 10 mit querliegender horizontaler Achse verbunden ist. Das Gelenk ist auf nicht näher bezeichnete Weise federbelastet, so daß das Gabelelement 9 unter dem Einfluß der Federkraft in einer Vertikalebene durch den Hebelarm 3 aufwärts schwenkbar ist.

Als weitere Möglichkeit kann das Gelenk 10 fortfallen und an dessen Stelle kann der Zylinder 6 oder eine an diesem angeordnete Feder benutzt werden, um den Hebelarm aufwärts zu drücken.

Das Gabelelement 9 besitzt zwei symmetrisch seitlich weisende Schenkel 11, 12, deren Enden jeweils ein Schleifkontaktstück 13,14 tragen. Diese Schleifkontaktstücke sind rinnenartig geformt und umgreifen jeweüs eine der elektrischen Kontaktleitungen 15,16. Jedes der beiden Kontaktstücke 13, 14 ist mit dem zugehörigen Gabelschenkel 11,12 gelenkig verbunden und geeigneterweise federbelastet, wodurch eine enge Berührung mit der Kontaktleitung herbeigeführt werden kann,
Das Gabelelement 9 ist außerdem mit einem mittig nach hinten gerichteten Hebelarm 17 versehen, dessen Ende den Signalempfänger 18 trägt. Dieser wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel von einer Antennenvorrichtung in Form eines Paares kreuzweise angeordneter Spulen gebildet, die nicht näher dargestellt sind und die das elektromagnetische Feld einer Signalwechselspannung an einer zwischen den Kontaktleitungen 15,16 laufenden Signalleitung 19 abfühlen.

Beim Fortbewegen des Fahrzeugs 1 entlang der Kontaktleitungen 15,16 ist der Drehtisch 2 frei drehbar und der Hydrozylinder 6,7 so eingestellt, daß die Schleifkontaktstücke 13,14 der Siromabnehmervorrichtung 8 mit Hilfe des federbelasteten Gelenks 10 in Berührung mit den Kontaktleitungen 15,16 gebracht werden. Dadurch werden die Schleifkontaktstücke 13,14 mechanisch von den Kontaktleitungen 15, 16 geführt und folgen diesen unter Schwenkung des Hebelarms 3 um die Achse 5 des Drehtisches 2.

Soll das Fahrzeug weiter von der Oberleitungsfahrbahn abweichen, als es die Länge des Hebelarms 3 zuläßt, so senkt der Fahrer den Hebelarm 3 und setzt die Fahrt unter Zuhilfenahme der zweiten Antriebsquelle des Fahrzeugs fort. Die Wiederaufnahme der Fahrt mit Stromversorgung von der Kontaktleitung erfolgt dann durch Einordnen des Fahrzeugs unter die oder in die Nähe der Kontaktleitung, wonach der Fahrer dem Einsteuersystem einen Impuls gibt, welches nun die selbsttätige Einsteuerung des Stromabnehmers bis zur Berührung mit der Kontaktleitung vornimmt. Dieser Ablauf wird nachstehend im Anschluß an Fig.4 näher erläutert.

F i g. 4 zeigt lediglich das Dach des Fahrzeugs 1, das mit einem im Vergleich zur Ausführungsform gemäß F i g. 1 —3 abgewandelten Stromabnehmer und ebensoleher Hebelarmanordnung versehen ist. Einzelteilen mit entsprechenden Funktionen in den Fig. 1—3 wurden die gleichen Hinweisziffern wie in diesen Figuren gegeben. Auf dem Fahrzeugdach ist der Drehtisch 2 aufmontiert, der von einem hydraulischen Schwenkmotor 20 angetrieben wird. Die beiden Hebelarme 3a, 3b, von denen der eine vertikal über dem anderen angeordnet ist, sind durch horizontale Achsen 4a, 46 schwenkbar mit dem Drehtisch 2 verbunden. An ihren äußeren Enden sind die Hebelarme 3a, 3b durch horizontale Achsen 21a, 2tb schwenkbar mit dem Stromabnehmer 8 verbunden, wobei sie ein Parallelogrammgelenk bilden, das dem Stromabnehmer 8 in allen Schwenkstellungen des Hebelarmsystems 3a, 3b eine horizontale Lage erteilt.

Die Höheneinstellung erfolgt mit Hilfe des am Hebelarm 3a angreifenden Hydrozylinders 6, 7. Die Schleifkontaktstücke 13,14 werden mittels einer jeweils zugehörigen Feder 22 beim Fortbewegen entlang der Kontak.leitung 15,16 zum Anliegen an diese gebracht.

Der Stromabnehmer 8 trägt einen Signalempfänger es 23 mit kreuzweise angeordneten Antennenspulen 24 zum Abfühlen des elektromagnetischen Feldes, das die in diesem Fall auch als Signalleitung benutzte Kontaktleitung 16 umgibt.

Bei einem gleichstromgespeisten Fahrzeug wird zu diesem Zweck der Fahrdrahtgleichspannung eine Wechselspannung überlagert, oder die vorhandene Pulsation der Gleichspannung wird zur Steuerung ausgenutzt. Der Signalempfänger 23 vermittelt über die Leitung 25 ein Signal, daß die seitliche Position des Stromabnehmers 8 im Verhältnis zur Kontaktleitung 16 angibt. Dieses Signal wird über die Leitung 25 einem ersten Eingang 26 eines elektronischen Steuergerätes 27 zugeführt. Von einem auf dem Drehtisch 2 am Hebelarm 3a angebrachten Erhöhungswinkelgeber 28 wird über die Leitung 29 ein Signal abgegeben, welches die Anhebung des Hebelarmsystems 3 angibt und einem zweiten Eingang 30 des Steuergerätes 27 zugeführt wird. Der Drehtisch 2 ist mit einem Winkelgeber 31 gekoppelt, der die Seitenwinkelposition des Hebelarmsystems 3 angibt und dessen Signal über die Leitung 32 einem dritten Eingang 33 des Steuergerätes 27 zugeführt wird.

Schließlich ist ein vierter Eingang 34 des Steuergerätes 27 über die Leitung 35 an einen Höhenpositionsgeber 36 angeschlossen, der den Höhenunterschied zwischen dem Stromabnehmer 8 und dem in Berührung mit der Kontaktleitung befindlichen Schleifkontaktstück 14 abfühlt.

Das Steuergerät 27 besitzt einen ersten Ausgang 37, der ein Höhensteuersignal über die Leitung 38 abgibt, die mit dem Eingang eines Höhenservosystemgebers 39 verbunden ist. Dieser kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hydroventil ausgeführt sein, dessen Ausgang über eine Rohrleitung 40 dem Hubzylinder 6 des Hebelarmsystems 3 eine hydraulische Druckflüssigkeit zuführt. Ein zweiter Ausgang 41 des Steuergerätes 27 gibt auf ähnliche Weise ein Seitensteuersigna! über die Leitung 42 an einen Seitenservosystemgeber 43, der über die Rohrleitung 44 an den hydraulischen Schwenkmotor 20 angeschlossen ist.

Das Fahrzeug ist außerdem mit manuellen Regelgeräten 45 für die Betätigung durch den Fahrer ausgerüstet. Diese sind über die Leitungen 46,47 mit dem Steuergerät verbunden und ermöglichen es dem Fahrer, die automatische Funktion des Steuergerätes auszuschalten, um die Höhen- und Seitenposition des Stromabnehmers von Hand einstellen zu können.

Soll der Stromabnehmer 8 automatisch in Berührung mit der Kontaktierung 15,16 gebracht werden, wird das Fahrzeug, wie geschildert, unter die oder in die Nähe der Kontaktleitung gefahren, wobei das Hebelarmsystem 3 zunächst eingezogen ist Danach hebt der Fahrer mit Hilfe der manuellen Regelgeräte 45 den Stromabnehmer 8 in eine Zwischenstellung an, die noch immer unterhalb der Kontaktierung liegt, und schaltet dann das Steuergerät 27 ein. Dieses verarbeitet die Signale vom Signalempfänger 23 des Stromabnehmers und von den Höhen- und Seitenwertgebern des Hebelarmsy- stems 3 und gibt Steuerbefehle an den Seitenservogeber 43 zum Einschwenken des Stromabnehmers 8 in eine Stellung exakt unterhalb der Kontaktleitung 15,16. Ist diese Stellung erreicht, erteilt das Steuergerät 27 dem Höhenservogeber 39 einen Steuerbefehl zur Anhebung des Hebelarmsystems 3, bis der Höhenwertgeber 36 dem Steuergerät 27 das Erreichen der richtigen Höhenlage und die Berührung des Kontaktstücks 14 mit der Kontaktleitung 16 meldet Danach kann der Fahrer das Steuergerät 27 ausschalten. Die Berührung des Stromabnehmers 8 mit der Kontaktleitung 15,16 erfolgt dann nur noch unter dem Einfluß der Federkraft und mittels mechanischer Führung. Als weitere Möglichkeit kann das Steuergerät eingeschaltet bleiben, um den Stromabnehmer mit Hilfe der Abfühlorgane 24,36, 28,31 sowie der Hub- und Schwenkmotoren 6, 20 entlang der Kontaktleitung zu steuern.

Es ist außerdem möglich, die Antennenausrüstung 24 zum Abfühlen beider Kontaktleitungen 15, 16 zu verdoppeln, wodurch auch über die Höhenposition Informationen erhalten werden.

Bei dem auf Fig.4 bezugnehmenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Kontaktstücke 13, 14 keiner parallelen Einsteuerung zur Kontaktleitung 15, 16 beim Anschluß an dieselbe bedürfen; sind jedoch die Kontaktstücke nach F i g. 1 —3 als schmale Rinnen ausgebildet, ist es wünschenswert, sie auch automatisch parallel zur Kontaktleitung einstellen zu können, so daß sie diese auch bei Erhöhung des Stromabnehmers in der beabsichtigten Art und Weise umgreifen. Dies kann man z. B. mit Hilfe eines zweiten Antennensatzes, der den Antennen 24 ähnlich und im Abstand von diesen in der Längsrichtung des Stromabnehmers gelegen ist, erreichen. Die Signale von beiden Antennenpaaren werden im Steuergerät verglichen, das bei verschiedener Signalstärke (jeweils also eine Schräglage des Stromabnehmers gegenüber der Kontaktleitung 16 anzeigend) ein Steuersignal an ein Einstellgerät abgibt, das die Kontaktstücke in Parallellage schwenkt. Das Einstellgerät kann auf dem Stromabnehmer angebracht sein und die Kontaktstücke im Verhältnis zu diesen drehen, oder auch im Anschluß an das Hebelsystem 3 vorgesehen sein und den gesamten Stromabnehmer im Verhältnis zum Fahrzeug drehen.

Es ist auch möglich, einen zu großen Ausschwenkwinkel des Hebelsystems 3 mittels des Winkelgebers 31 abzufühlen. Wenn ein bestimmter Winkel überschritten wird, kann nämlich das Steuergerät 27 dem Höhenservogeber 39 den Befehl erteilen, das Hebelsystem zu senken. Der Fahrer braucht dies dann nicht mit der Hand zu tun, wenn er von der Bahn der Kontaktleitung abweicht, und außerdem vermeidet man hierdurch Beschädigungen der Leitung.

Ohne Rücksicht auf die Tatsache, daß das gezeigte Ausführungsbeispiel für Oberleitungsomnibusse gilt, ist die Erfindung natürlich auch auf andere Fahrzeugarten anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stromabnehmer für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das während seiner Fortbewegung entlang einer Fahrleitung im begrenzten Umfang quer zur Fahrtrichtung beweglich ist und außerdem mit einer zweiten Antriebsquelle ohne Stromzufuhr von der Fahrleitung ausgerüstet ist, mit Antriebsorganen, durch die der Stromabnehmer zumindest quer zur Fahrtrichtung bewegbar ist, mit einer Abtastvorrichtung, die die Position des Stromabnehmers relativ zur Fahrleitung abiastet, und mit einer Regeleinrichtung, durch die der Stromabnehmer abhängig von den Signalen der Abtastvorrichtung automatisch der Fahrleitung nachführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einsteuern des Stromabnehmers (8) auf die Fahrleitung (1.5,16) ein Signalsender (16; 19) entlang der Fahrleitung (15, 16) verläuft, und daß die Abtastvorrichtung ein Signalempfänger (18; 23) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrleitung (16) selbst den Signalsender bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem gleichstromgetriebenen Fahrzeug die Signale von einem dem Gleichstrom überlagerten Wechselstrom gebildet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalsender eine parallel zur Fahrleitung (15, 16) angeordnete Signalleitung (19) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vor dem zuerst genannten Signalempfänger (18; 23) ein weiterer Signalempfänger vorgesehen ist, der Signale vom Signalsender (16; 19) empfängt, daß der Stromabnehmer (8) mit drehbaren Kontaktstücken (13.14) versehen ist, daß weitere Antriebsorgane vcrhanden sind und daß die Regeleinrichtung die weiteren Antriebsorgane in Abhängigkeit von Signalen der beiden Signalempfänger so steuert, daß die Kontaktstücke in die Betriebslage gedreht werden.