DE2534448C3 - Vorrichtung zur Funkentstörung eines Scherenstromabnehmers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funkentstörung eines Scherenstromabnehmers.
Aus der DE-PS 1165 702 ist allgemein eine

ίο Vorrichtung zur Funkentstörung eines Stromleiters bekannt, die aus einem um einen Teil des Leiters ringförmig angeordneten Element aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere Ferrit besteht. Aus dieser Druckschrift ist es weiterhin bekannt, dieses Element mit einem elektrisch leitfähigen Mantel zu umgeben, der an einer Stirnseite des Elementes mit dem zentralen Leiter elektrisch kontaktiert ist.

Bei der Funkentstörung wird stets versucht, die Entstörmittel örtlich so nahe wie möglich an der Störquelle anzuordnen. Bei Scherenstromabnehmern zur Stromabnehme von Fahrleitungsdrähten läge daher die beste Stelle zum Anbringen der Entstörmittel direkt hinter dem Bügel. Mit den üblichen Mitteln ist das jedoch nicht einfach zu verwirklichen, weil deren Anwendung in der Regel Eingriffe in die Konstruktion des Stromabnehmers erfordern würden, die die mechanische Stabilität und die Beweglichkeit der Konstruktionsglieder gefährden könnte. Aus diesen Gründen wurden die Entstörmittel bisher in die Stromleitung zwischen der isolierenden Tragplatte des Stromabnehmers und der isolierten Dachdurchführung eingeschaltet.

Die der Ei-findung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, anzugeben, wie die Entstörmittel näher an die Störquelle herangebracht werden können, ohne daß Eingriffe in die eigentliche Stromabnehmerkonstruktion vorgenommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest die die größeren Anteile des abgenommenen Stromes führenden Stäbe der Stromabnehmerkonstruktion durch Anbau zusätzlicher Elemente derart ausgebildet sind, daß sie in dem zu entstörenden Frequenzbereich als Stromleiter mit großer Impedanz wirksam sind.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

F i g. 1 zeigt in einem Schaltbild die Verbindung zwischen einem Scherenstromabnehmer und dem Fahrdraht.

F i g. 2 zeigt anhand eines Schaltbildes das Verfahren, mögliche Funkstörungen infolge von Funkentladungen zwischen dem Scherenstromabnehmer und dem Fahrdraht zu vermeiden.

⁶S F i g. 3 zeigt in einem Diagramm die Impedanzkurve eines Schaltkreises aus zwei parallelen Stromleitern.

F i g. 4a zeigt in einer Vorderansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 4b und 4c zeigen perspektivische Ansichten von zwei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Fig. 5a zeigt die Vorderansicht eines vierten Ausführungsbeispiels. S

F i g. 5b zeigt das vierte Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht.

Fig.6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Scherenstromabnehmers mit dem in F i g. 5a dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 7 und 7b zeigen Vorderansichten eines sechsten und eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig.6 ist ein Scherenstromabnehmer bekannten Aufbaues für ein elektrisches Schienenfahrzeug dargestellt Ein derartiger Scherenstromabnehmer besteht im allgemeinen aus einem Stromkollektor, einer Kollektorhalterung und einem Antriebsmechanismus, um die Koüektorhalterung anzuheben und abzusenken. Der Stromkollektor wird von Verbindungsbüge;„i 11 gebildet, die parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind und an denen ein Schleifer 1 starr mit seiner Längsrichtung senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges angebracht ist. Die Kollektorhalterung besteht aus zwei nahezu rautenförmigen Rahmen, die in einem bestimmten Abstand voneinander in Fahrtrichtung des Fahrzeuges verlaufen und in vertikaler Richtung bewegbar sind.

Der Rahmen besteht aus Längs- und Diagonalstäben 2, die die Stäbe sind, die die größeren Anteile des abgenommenen Stromes führen und aus Verbindungsstäben für die Gelenke 31, die allenfalls Ausgleichsströme führen. Die Stromabnehmerkonstruktion ist über eine Isolierplatte 13 und Isolatoren 14 auf dem Dach des Fahrzeuges befestigt. Mit 141 ist eine Hochspannungsdurchführung bezeichnet, und über den Verbindungsleiter 15 wird der Antriebsmotor des Fahrzeuges mit dem Strom versorgt, der vom Fahrdraht Γ über den Scherenstromabnehmer abgenommen wird.

Während der Fahrt steht das Fahrzeug mit dem Fahrdraht in Kontakt, so daß es unvermeidlich ist, daß infolge der Bewegung des Fahrzeuges momentane Kontaktunterbrechungen zwischen dem Schleifer und dem Fahrdraht auftreten. Solche momentanen Kontaktunterbrechungen zwischen dem Schleifer 1 und dem Fahrdraht Γ führen zu Funkenentladungen, die einen hochfrequenten Strom erzeugen, der Funkstörungen hervorruft. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges klein ist, können die Störungen hingenommen werden. Bei einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise von über 120 km/h, werden die Störungen jedoch so stark, daß sie die an der Fahrstrecke befindlichen Funk-, Radio- und Fernsehgeräte stören.

Messungen haben ergeben, daß sich unter den Frequenzkomponenten der Funkstörungen infolge von Funkenentladungen zwischen dem Scherenstromabnehmer und dem Fahrdraht relativ langwellige Störungen im Langwellen- oder Mittelwellenbereich befinden, die sich längs des Fahrdrahtes in Form eines Störungsstromes weit ausbreiten, und ultrakurzwellige Störungen, die vom Scherenstromabnehmer als Welle in den Raum in seiner Nähe abgestrahlt werden. Weiterhin treten auch kurzwellige Störungen auf, die in einer zwischen den langwelligen und den kurzwelligen liegenden Form abgestrahlt werden oder sich ausbreiten. 6j

Messungen haben gezeigt, daß sich der Vorgang der Erzeugung von Funkstörungen durch einen hochfrequenten Strom infolge einer Funkenentladung zwischen dem Fahrdraht und dem Scherenstromabnehmer anhand einer äquivalenten Schaltung gemäß F i g. 1 darstellen läßt

In F i g. 1 ist mit 1 ein Schleifer, mit F₁ die Induktivität des Rahmens, der den Schleifer trägt, mit RV. eine verteilte Kapazität zwischen dem Scherenstromabnehmer und dem Fahrzeugkörper, mit 13 der Träger, mit MF. Veine verteilte Kapazität zwischen dem Träger und dem Fahrzeugkörper, mit 151 die Induktivität der Verbindungsleitung, mit 141 eine verteilte Kapazität der Hochspannungsdurchführung bezüglich des Fahrzeugkörpers, mit 17 die Funkenentladung, mit 18 eine verteilte Kapazität zwischen dem Fahrdraht und dem Schleifer bei einer Funkenentladung, mit Tj eine verteilte Induktivität des Fahrdrahtes und mit T. V. eine verteilte Kapazität zwischen dem Fahrdraht und dem Fahrzeugkörper oder Masse bezeichnet

Eine Funkenentladung 17 erzeugt einen hochfrequenten Impulsstrom mit in einem weiten Bereich liegenden Frequenzkomponenten, der durch die Induktivität Fi, die verleihen Kapazitäten RV, MFV and die Induktivitäten Ti und T. V. fließt Dabei wirken die Induktivitäten Fi, Γι und 151 als Sender im Ultrakurzwellenbereich, während die Induktivität Γι und die verteilte Kapazität T.V. als eine Einrichtung wirken, die den Störstrom im Niederfrequenzbereich weit ausbreitet.

Als eine Möglichkeit, derartige Funkstörungen zu vermeiden, ist der in Fig.4 dargestellte Vorschlag denkbar. F i g. 2 zeigt eine aus der Darstellung in F i g. 1 gewonnene Schaltung, die dem Scherenstromabnehmer äquivalent ist. Der Unterschied gegenüber der Darstellung in Fig. 1 liegt darin, daß ein Widerstand R mit einem hohen Widerstandswert zwischen die Induktivität Fi und den Schleifer 1 geschaltet ist.

Die Zwischenschaltung des Widerstands R zwischen die induktivität Fi und den Schleifer 1 bewirkt, daß der infolge von Funkenentladungen entstehende hochfrequente Impulsstrom nur zur Seite der parallel geschalteten verteilten Kapazität P. V. und nicht zur Induktivität Fi fließt, wodurch die Ausstrahlung von Funkstörungen von der Induktivität Fi und der Induktivität 151 verhindert oder so klein wie möglich gehalten wird. Die verteilte Kapazität RV. ist tatsächlich sehr gering. Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung kann der hochfrequente Impulsstrom, der zur verteilten Kapazität RV. fließt, kleiner sein als wenn, wie es in F i g. 1 der Fall ist, ohne den Widerstand R der hochfrequente Strom durch die Induktivität Fi oder tatsächlich durch die verteilte Kapazität MF. Vfließt, die größer als die Kapazität RV. ist. Dementsprechend ist der hochfrequente Impulsstrom, der zur Seite des Fahrdrahtes fließt, ebenfalls klein. Die Ausstrahlung von Funkstörungen vom Fahrdraht aus wird einsprechend verringert.

Wenn jedoch ein Widerstand mit hohem Widerstandwert in Reihe mit dem Rahmen des Scherenstromabnehmers geschaltet wird, arbeitet der Scherei.stromabnehmer nicht mehr zufriedenstellend, da sich die Weiterleitung des Antriebsstromes als schwierig erwiesen hat.

Erfindungsgemäß soll daher eine Vorrichtung geliefert werden, die in zufriedenstellender Weise den Antriebsstrom abnimmt und gleichzeitig lediglich das Fließen eines hochfrequenten Stromes verhindert, der die Quelle für Funkstörungen darstellt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der F i g. 3 bis 7b beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine aus zwei Leitungen bestehende parallele Schaltung 19, deren paralleler Teil die Länge / aufweist, an einem Ende offen und am anderen Ende kurzgeschlossen ist. In Fig. 5 ist ebenfalls der Reaktanzverlauf dieser Schaltung dargestellt, wobei Xi 5 die Induktivität der Schaltung 19 und X₁- die Kapazität ist, während auf der Abszisse die Länge des parallelen Teiles dieser Schaltung aufgetragen ist. Wenn in diesem Fall die Länge /des parallelen Teiles der Schaltung ein Viertel der Wellenlänge λ oder ein ungerades Vielfaches davon eines hochfrequenten Stromes ist, zeigt diese Schaltung eine große Impedanz bezüglich dieses Stromes.

Wenn daher, wie es in Fig.4a dargestellt ist, ein elektrisch leitender Parallelstab 19 zum Stromabnehmerstab 2 vorgesehen ist, der einen Teil des Rahmens des Scherenstromabnehmers bildet, wobei ein Ende des Parallelstabes 19 mit einem vertikal verlaufenden Kurzschlußbügel 20 verbunden ist, und wobei die Länge / des Parallelstabes 19 gleich einem Viertel der Wellenlänge des zu unterdrückenden hochfrequenten Stromes oder ein ungerades Vielfaches davon ist, dann zeigt der Schaltungskreis aus dem Stab 19 und dem Strombügel 20 und dem parallel gegenüber dem Stab 19 verlaufenden Teil 1 des Rahmens eine hohe Impedanz gegenüber einem hochfrequenten Strom, so daß dieser unterdrückt wird.

Der in Fig.4a dargestellte Schaltungskreis kann in der in Fi g. 4b dargestellten Weise abgeändert werden. Wenn ein elektrisch leitender Zylindermantel 21 mit einer axialen Länge /, der an einem Ende 22 geschlossen und am anderen Ende offen ist, so angeordnet ist. daß der Stromabnehmerstab 2 zentral durch das geschlossene Ende 22 parallel zum Umfang des Mantels 21 verläuft, ergibt sich derselbe Effekt wie bei der in Fig. 4a dargestellten Schaltung. Das heißt, daß die Impedanz für den hochfrequenten Strom groß wird, wodurch dieser unterdrückt wird. Wenn in diesem Fall gemäß Fig.4c ein Kondensator C mit bestimmter Kapazität zwischen eine bestimmte Stelle am Umfang des offenen Endes des Zylindermantels und den Stab 2 geschaltet ist, ergibt sich selbst dann dieselbe Wirkung wie im Falle eines parallelen Abschnittes mit einer Länge /, wenn die Länge /' des parallelen Abschnittes des Mantels 21 nicht gleich /, d. h. nicht gleich V₄ der Wellenlänge des zu unterdrückenden hochfrequenten Stromes oder ein ungerades Vielfaches davon ist.

Durch eine Kombination der in den Fig.4a bis 4c dargestellten Beispiele können mehr als zwei hochfrequente Ströme unterschiedlicher Frequenz unterdrückt werden.

In Fig.5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, mit dem zwei hochfrequente Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen unterdrückt werden können.

In Fig.5a sind zwei parallele Leiterstäbe 19', 19 in einem Stück miteinander verbunden und parallel zum Stromabnehmerstab 2 angeordnet. Der Verbindungspunkt ist über einen Abstandshalter 20 mit einer bestimmten Stelle auf dem Stromabnehmerstab 2 verbunden. Der Parallelstab 19' weist eine Länge k auf, die gleich V₄ der Wellenlänge eines der beiden zu unterdrückenden, hochfrequenten Ströme oder ein ungerades Vielfaches davon ist, während der Parallelstab 19 eine Länge /1 aufweist, die gleich V₄ der Wellenlänge des anderen hochfrequenten Stromes oder ^ft5 ein ungerades Vielfaches davon ist. Bei dieser Anordnung kann einer der zwei hochfrequenten Ströme durch einen Schaltungskreis unterdrückt werden, der vom Parallelstab 19, dem Abstandshalter 20 und derr Abschnitt /1 des Stromabnehmerstabes 2 gegenübei dem Parallelstab 19 gebildet ist, während der andere Strom durch einen Schaltungskreis unterdrückt werder kann, der vom Parallelstab 19', dem Abstandshalter 2C und dem Abschnitt h des Stromabnehmerstabes "1 gebildet wird. Damit können gleichzeitig beide hochfre quenten Ströme unterdrückt werden.

Auch durch die in F i g. 5b dargestellte Anordnung können zwei hochfrequente Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen unterdrückt werden.

In Fig. 5b sind zwei Zylindermäntel 21, 21 dargestellt, deren eines Ende geschlossen und derer anderes Ende offen ist. Einer dieser Mantel 21 mit derr kleineren Durchmesser verläuft koaxial zum anderer Mantel 2Γ mit dem größeren Durchmesser und führi durch dessen geschlossenes Ende im Mittelpunkt während der Stromabnehmerstab 2 koaxial durch beide Mäntel 21, 2Γ verläuft. Die axiale Länge de; Zylindermantels 21 beträgt l\ und die des Zylinderman tels 21 /;. Bei dieser Anordnung können hochfrequente Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen in derselber Weise unterdrückt werden, wie es bei der in Fig. 5e dargestellten Anordnung der Fall ist.

Das oben beschriebene Prinzip der Unterdrückung der hochfrequenten Ströme läßt sich ohne Schwierig keiten auch auf den Fall anwenden, in dem mehr als zwe hochfrequente Ströme mit unterschiedlichen Frequen zen unterdrückt werden sollen.

In den Fig. 7a und 7b sind weitere Beispiele füi Elemente zur Unterdrückung hochfrequenter Ströme dargestellt, die an den Stromabnehmerstäben ange bracht werden können, aus denen die Scherenstromab nehmerkonstruktion aufgebaut ist. In Fig. 7a ist mit t ein Stromabnehmerstab bezeichnet, der in einerr bestimmten Bereich seines Umfanges einen Ringkern 22 aus einem Magnetwerkstoff, insbesondere aus HF-Fer rit, aufweist. In F i g. 7b ist im Umfang des Stabes 2 eine Nut ausgebildet, in der der Ringkern vorgesehen ist.

Zur Verringerung des Luftwiderstandes ist bei dem ir Fig. 7a dargestellten Beispiel der Stab 2 an beider Enden des Ringkernes 22 konisch ausgebildet.

Es ist bekannt, daß es für einen hochfrequenten Strorr kennzeichnend ist, daß er an der Oberfläche eine« Leiters fließt, während ein niederfrequenter Strorr durch den Kern eines Leiters fließt.

Wenn daher ein Ringkern aus HF-Ferrit auf der Oberfläche des Stabes 2 ausgebildet ist, wie es in F i g. 7a dargestellt ist, ergibt sich eine große Impedan2 bezüglich eines hochfrequenten Stromes, der die Quelle für Funkstörungen darstellt. Wenn ein Ferrit auf der Oberfläche des Stabes 2 vorgesehen ist, der eine starke Hochfrequenzdämpfung aufweist, wirkt dieser als eir großer Widerstand gegenüber einem hochfrequenter Strom. In beiden Fällen kann die Unterdrückung de: hochfrequenten Stromes mit maximaler Wirksamkeil erfolgen.

Aus einem Vergleich des in Fig.7 dargestellter Beispiels mit den in den Fig.4a bis 5b dargestellter Beispielen ergibt sich, daß die in den Fig.4a bis 71; dargestellten Beispiele Anordnungen zum Unterdrük· ken hochfrequenter Ströme bestimmter Frequenzer sind, während das in F i g. 7 dargestellte Beispiel eine Anordnung darstellt die nicht einen Strom mil irgendeiner bestimmten Frequenz unterdrücken soll sondern allgemein für hochfrequente Ströme gedacht ist. In beiden Fällen wird jedoch derselbe Zweck nämlich die Unterdrückung eines hochfrequenter

Stromes und damit der Quelle für Funkstörungen erreicht, ohne daß der niederfrequente Strom mit einer Frequenz von etwa 15 bis 20 Mz, der dem Antriebsmotor des Fahrzeuges geliefert wird, in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß dann, wenn beispielsweise ein in Fig. 5a dargestelltes Element zum Unterdrücken eines hochfrequenten Stromes in der in I ι μ. b dargestellten Weise an jedem Teil des Rahmens eines Scherenstromabnehmers vorgesehen ist, jeder _w Rahmenstab eine große Impedanz gegenüber dem zu unterdrückenden hochfrequenten Strom zeigt, wodurch der hochfrequente Strom erfolgreich unterdrückt werden kann und keine Funkstörungen infolge hochfrequenter Ströme vom Scherenstromabnehmer ausgestrahlt werden.

An die Stelle der Störscliutzclemcnte 19, 19' in F" i g. 6 können gleichfalls die Störschutzelementc gemäß Fi g. 4a. 4b, 4c, 5b, 7a und 7b treten.

Da der hochfrequente Strom, der durch die in der I'raxis sehr kleine verteilte Kapazität zwischen dem Scherenstromabnehmer und dem Fahrzcugkörper fließt, äußerst schwach ist. ist die Ausstrahlung von l'unk.störungcn beim !ließen des hochfrequenten Stromes durch den Fahrdraht vernachlässigbar gering. Da andererseits die Frequenz des vom Fahrdraht über den Schleifer und den Scherenstromabnehmer dem Antrieb gelieferten Stromes niedrig ist und etwa zwischen 15 bis 20 Hz liegt, wird dieser Strom in keiner Weise durch das den hochfrequenten Strom unterdrükkende Flemcnt beeinflußt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Funkentstörung eines Scherenstromabnehmers, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die die größeren Anteile des abgenommenen Stromes führenden Stäbe (2) der Stromabnehmerkonstruktion durch Anbau zusätzlicher Elemente (19, 19', 20, 21, 21', 22, 23) derart ausgebildet sind, daß sie in dem zu entstörenden Frequenzbereich als Stromleiter mit großer Impedanz wirksam sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Stäbe (2) des Stromabnehmers angebauten zusätzlichen Elemente aus je einem sich in gewissem Abstand parallel zum Stromabnehmerstab (2) erstreckenden elektrisch leitenden Stab (19) und einem ebenfalls elektrisch leitenden, als Kurzschlußbügel wirkenden Abstandshalte! (20) bestehen, daß die Länge dieses Parallelstabes (19) eine Viertelwellenlänge einer im zu entstörenden Frequenzbereich liegenden hochfrequenten Welle oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt, und daß der Abstandshalter (20) an einem Ende des Parallelstabes (19) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelstab (19) an seinem Befestigungsende über den Abstandshalter (20) hinaus um eine Länge (19') übersteht, die einer Viertelwellenlänge einer anderen im zu entstörenden Frequenzbereich liegenden hochfrequenten Welle oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Stäbe (2) des Stromabnehmers angebauten zusätzlichen Elemente aus je einem konzentrisch zum Stromabnehmerstab (2) angeordneten elektrisch leitenden Zylindermantel (21) und einem ebenfalls elektrisch leitenden, als Kurzschluß- und Zentrierstück wirkenden scheibenförmigen Halter (22) bestehen, daß die Länge des Zylindermantels (21) eine Viertelwellenlänge einer im zu entstörenden Frequenzbereich liegenden hochfrequenten Welle oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt, und daß der Halter (22) an einem Ende des Zylindermantels (21) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Stäbe (2) des Stromabnehmers angebauten zusätzlichen Elemente aus je einem konzentrisch zum Stromabnehmerstab (2) angeordneten elektrisch leitenden Zylindermantel (21) und einem ebenfalls elektrisch leitenden, als Kurzschluß- und Zentrierstück wirkenden scheibenförmigen Halter (22) bestehen, daß der Halter (22) an einem Ende des Zylindermantels (21) angeordnet ist, und daß eine derartige Kapazität (C) zwischen das andere Ende des Zylindermantels (21) und den Stromabnehmerstab (2) geschaltet ist, daß die Wirkung derart ist, als hätte der Zylindermantel (21) eine Länge, die eine Viertelwellenlänge einer im zu entstörenden Frequenzbereich liegenden hochfrequenten Welle oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrisch angeordnete Zylindermantel (21) von einem weiteren konzentrisch angeordneten Zylindermantel (2Y) größeren Durchmessers umgeben ist, der in der gleichen Weise und in der gleichen Ebene wie der erste Zylindermantel (21) am Stromabnehmerstab (2) befestigt ist und eine Länge aufweist, die einer Viertelwellenlänge einer anderen im zu entstörenden Frequenzbereich liegenden hochfrequenten Welle oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon entspricht

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Stäbe (2) des Stromabnehmers angebaute zusätzliche Element ein aus H F-Ferrit-Material bestehender Ringkern (23) ist, durch den der Stab (2) hindurchführt und der unverrückbar auf dem Stab (2) angeordnet ist