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Stromzuführungssystem zum Betreiben von Elektro-
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fahrzeugen.
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Die Erfindung betrifft ein Stromzuführungssystem, bestehend aus Schleifleitung
und Stromabnehmersystemen mit Stromabnehmergestänge auf Fahrzeugen, wobei die Schleifleitung
aus hintereinanderliegenden Abschnitten besteht, die so breit sein können, daß zwei
Stromabnehmer sich begegnen können. Die Schleifleitung ist hintereinander in gleich
große stromführende Abschnitte eingeteilt, die durch neutrale Abschnitte abgeteilt
und länger sind als die Stromabnehmerbürsten. Die stromführenden Abschnitte werden
aufeinanderfolgend jeweils mit positiver und negativer Spannung beaufschlagt, so
daß jeweils eine Strombnehmerbürste eines Stromabnehmersystems mit positiver und
negativer Spannung beaufschlagt wird, so daß jeweils eine Stromabnehmerbürste an
positiver und die andere an negativer Spannung liegt, Von den Stromabnehmerbürsten
führt eine leitende Verbindung über ein Stromabnehmergestänge zu einem Stromwender
oder Stromtor (Thyristor), der einen gebrauchsfertigen Strom erzeugt.
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Der so erzeugte Strom kann benutzt werden, um Fahrzeuge anzutreiben
oder Batterien aufzuladen. Dabei können Fahrzeuge sich überholen und/oder sich auch
begegnen,
obwohl sie ihre Stromzufuhr von
derselben Schleifleitung beziehen.
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Eine bekannte Art der Stromzuführung, wobei sich Elektrofahrzeue begegnen
können, kommt mit über dem Fahrbereich der Fahrzeuge gespannten horizontalem Drahtnetz
und einem für die Stromrückführung durch eine Blechauflage leitend gemachten Fahrboden
allein deshalb nicht in Frage, da der Staub auf dem Boden den Kontakt zwischen dem
Fahrzeug und dem Boden unmöglich machen würde. Außerdem kommt eine Blechauflage
aus fahrtechnischen Gründen (zu glatt) nicht in Frage Bei einer anderen bekannten
Ausführung dieser Art (deutsche Patentschrift Nr. 1255 132) weist sie einen Stromabnehmer
in Form eines an den Stirnseiten verjüngten Gleitkörpers, der im Innern einer hohlzylindrischen
Fahrstromschiene bewegbar ist, auf, die einen achsparallel verlaufenden Längsschlitz
für die Verbindungselemente zwischen Stromabnehmer und Fahrzeug hat. Dieser Stromabnehmer
ist so ausgebildet, daß er das Aneinandervorbeifahren zweier mit solchen Abnehmern
ausgerüsteter sich begegnender Fahrzeuge erlaubt, wobei die Stromabnehmer in ein
und derselben Fahrschiene geführt werden.
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Diese Ausführung hat den Nachteil, daß ein Ein-und Ausfädeln der Stromabnehmer
auf freier Strecke nicht möglich ist und damit bei Unfällen der gesamte. Verkehr
empfindlich gestört würde. Außerdem ist es schwierig, verkehrsgerechte Abzweigungen
und Kreuzungen herzustellen. Auch das Gleiten der verjüngten Stromabnehmer in der
hohlzylindrischen Fahrstromschiene läßt nur geringere Fahrgeschwindigkeiten zuO
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Stromzuführung für Fahrzeuge zu ermöglichen bei einem
Minimum an Einschränkungen. Die Zukunft verlangt für die Antriebe der Fahrzeuge
Energien, die möglichst im Lande erzeugt werden können, und die umweltfreundlicher
sind als die derzeitigen. Batterien wären das Optimale. Die Speicherkapazität reicht
aber nicht aus, so daß zwischendurch eine Aufladung bzw.
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ein Batteriewechsel vorgenommen werden muß. Es soll noch mindestens
20 Jahre dauern, bis Batterien mit einer höheren Kapazität entwickelt worden sind.
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Außerdem bleibt auf langen Strecken noch der Batteriewechsel mit dem
Nachteil, daß ein Batterieausgleich zwischen stark- und schwachfrequentierten Gegenden
erfolgen muß. Auch ist die Lebensdauer der Batterien nicht hoch.
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Grundlage des ganzen Systems ist das Elektrofahrzeug, das mit einer
Pufferbatterie für ca. 20-30 km Pahrleistung ausgestattet ist0 Der Motor wird von
der Batterie mit den üblichen Mitteln gespeist. Das Stromzuführungssystem speist
die Batterie zu 90%, die restlichen 10 sind für die Rückspeisung der Bremsenergie
vorgesehen. Dadurch kann das Fahrzeug mit und ohne Stromzuführung fahrens Das Stromzuführungssystem
besteht aus der Schleifleitung und den Stromabnehmersystemen. Die Schleifleitung
besteht aus flachen Bahnen, die so breit sind, daß zwei Stromabnehmersysteme sich
begegnen können. Sie kann aber auch aus einem einzelnen in Abschnitte eingeteilten
Fahrdraht bestehen. Dabei ist einMegegnen von zwei Stromabnehmersystemen nicht mpglichO
Die Bahnen oder der Fahrdraht sind hintereinander in gleich große stromführende
Abschnitte eingeteilt,
die durch neutrale Abschnitte abgeteilt und
länger sind als die Stromabnehmerbürsten. Die stromführenden Abschnitte werden aufeinanderfolgend
jeweils mit positiver und negativer Spannung beaufschlagt und gemeinsam eingespeist,
so daß jeweils eine Stromabnehmerbürste eines Stromabnehmersystems mit positiver
und negativer Spannung beaufschlagt wird oder keine Spannung führt0 Es können 2,
4 oder mehrere Stromabnehmerbürsten in Eingriff stehen, wie nachstehende Tabelle
zeigt: Stellung Bürsten 2 Stck. Stellung Bürsten 4 Stock.
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Abschnitt 1 2 Abschnitt. 1 2 3 4 1 + - 1 + o Q o 2 o o 2 0 - 0 + 3
- l 3 - 0 + 0 4 o o 4 0 + 0 -5 + - + +-- + 6 o o 6 - - + + 7 - + 7 + -8 o o 8 -
+ + -usw. usw.
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Bei zwei Stromabnehmerbürsten entspricht der Abstand der hintereinanderliegenden
Stromabnehmerbürsten dem der stromführenden Abschnitte. Bei vier Stromabnehmer~
bürsten entspricht der Abstand nur dem halben Abstand der stromführenden Abschnitte.
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Beim Fahren kommen die Stromabnehmerbürsten wechselweise auf einen
Plus- einen neutralen und einen Minus-Abschnitt. Die neutralen Felder verhindern,
daß die Plus- und Minus-Felder durch die Stromabnehmerbürsten kurzgeschlossen werden0
Sie dienen auch dem
Funkenlöschen. Über ein massearmes Stromabnehmergestänge,
das vom Fahrzeuginnern von Hand oder mittels Motor ausgefahren und eingezogen werden
kann, führen von jeder Stromabnehmerbürste eine Leitung in das Fahrzeug zu geeigneten
Stromwendern oder Stromtoren, vorzugsweise Thyristoren. Diese wenden den pulsierenden
und wechselnden Gleichstrom in einen Gleichstrom, dessen Güte bei 4 Stromabnehmerbürsten
oder mehreren besser ist. Von den Stromwendern oder Stromtoren werden der Motor
oder die Batterie über geeignete Steuerelemente gespeist. Um das Bürstenfeuer zu
vermeiden, werden die Stromwender oder Stromtore in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeuges ein- und ausgeschaltet.
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Das Schleifleitungssystem ist nicht nur für Gleichstrom sondern auch
für Einphasen- und Zeiphasen-Wechselstrom als auch Drehstrom einsetzbar.
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Die Fahrspannung liegt im höheren Bereich, da die Gefahr einer ILe'rührung
gering ist und das Stromsystem eigensicher gemacht werden kann.
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Die Schleifleitung wird vorwiegend über der Fahrbahn über den Fahrzeugen
angebracht. Sie kann aber auch seitlich oder in besonderen Fällen auch auf der Fahrbahn
selbst angeordnet sein. Die Befestigung erfolgt mit herkömmlichen Mitteln. Die Schleifleitungsabschnitte
sind mit Schnellwechseleinrichtungen ausgestattet. Seitlich sind sogenannte Schrammleisten
aus Stahl oder aber auch aus Kunststoff, die ein Abrutschen der Stromabnehmersysteme
verhindern. Sie sind gegenüber den stromführenden Bahnen isoliert. Bevorzugt haben
sie nach außen gewölbte Bahnen0 Uie Schleifleitungsabschnitte
sind
abgedeckt. Die Abdeckung ist gleichzeitig als Träger ausgebildet und kann sowohl
die Stromzuführungen als auch Heizkabel aufnehmen. Die stromführenden Abschnitte
sind aus einer Kupferlegierung. Sie sind als Platten ausgebildet, können aber auch
aus mehreren parallel liegenden Fahrdrähten bestehen. Die neutralen Abschnitte können
aus dem gleichen Material bestehen.
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Dann müssen zwischen den stromführenden Abschnitten und den neutralen
Abschnitten Isolationsfugen vorgesehen werden. Werden die neutralen Abschnitte aus
einem Isolationsmaterial hergestellt, allerdings mit dem gleichen Verschleißfaktor
wie bei den stromführenden Abschnitten, so kann die Isolationsfuge entfallen.
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Die Stromabnehmerbürsten, die hintereinander angeordnet sind, gehören
zu einem Stromabnehmersystem. Dieses ist auf dem Stromabnehmergestänge drehbar und
gelenkig angeordnet. Das Stromabnehmergestänge ist wiederum auf dem Fahrzeug drehbar
und gelenkig angeordnet und wird von Federkräften mittig zur Fahrzeuglängsachse
gehalten, aber augh durch Federkräfte an die Schleifleitung gedrückt, Da aber das
Stromabnehmersystem von den Schrammleisten in der Schleifleitungsbahn gehalten wird,
lenkt das Stromabnehmergestänge aus der Mitte des Fahrzeuges aus. Die Federkräfte
drücken das Stromabnehmersystem gegen die Schrammleisten0 Seitlich an das Stromabnehmersystem
angebrachte Elektromagnete, die von der Fahrzeugbatterie gespeist werden, halten
die Stromabnehmersysteme zu den Schrammleisten auf Abstand, damit kein Verschleiß
entsteht. Das Stromabnehmersystem und die Schrammleisten können aber auch so ausgebildet
werden, daß bei höherer Geschwindigkeit zwischen beiden ein Luftfilm gebildet wird.
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Da das Fahrzeug auch ohne Stromeinspeisung von dem Schleifleitungssystem
nur mit der Batterie betrieben werden kann, brauchen komplizierte Verkehrspunkte,
wie Straßenkreuzungen, Abzweigungen, Unterführungen usw.
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keine stromführenden Schleifleitungen sondern nur Führungen, die die
Stromabnehmersysteme in der Bahn halten.
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Dadurch können diese Verkehrspunkte kostengünstig hergestellt werden.
Bei Abzweigungen wird die stromführende Schleifleitung stromlos verbreitet. Das
Gleiche gilt für eine Einfädelungsstrecke. Hier wird über die Straßenbreite eine
stromlose Führung eingesetzt, die sich nach einer bestimmten Entfernung verjüngt
und in die stromführende Schleifleitung einmündet0 Auf der Einfädelungsstrecke kann
das Stromabnehmergestänge während der Fahrt von Hand oder automatisch ausgefahren
werden0 Genauso kann das Stromabnehmergestänge in jeder Fahrtsituation eingezogen
werden.
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Das Schleifleitungssystem ist geeignet für Autobahnen, Bundes straßen,
Straßen von Ort zu Ort und auf Hauptverkehrsstraßen in Städten. Es gilt ebenso für
systemeigene Fahrbahnen. Zwei Fahrzeuge können sich überholen oder begegnen. Bei
breiten Schleifleitungsbahnen können auch 3 Fahrzeuge überholen. Die Schleifleitung
ist vorwiegend an Stahlmasten aufgehängt. Diese können auch für Beleuchtung und
andere Bedarfsfälle mitverwendet werden.
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Es ist auch denkbar, daß die Batteriekapazität der im Verkehr befindlichen
und an der Schleifleitung angeschlossenen Fahrzeuge zur Spitzendeckung der Energieversorgung
ganzer Abschnitte herangezogen wird. Es ist auch zweckmäßig, Schleifleitungen in
Abschnitte einzuteilen, die aus sicherheitstechnischen Gründen abgeschaltet werden
können, wenn z. B. ein Unfall erfolgt ist.
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Um die Stromzuführungskosten gering zu halten, sollte von dem Stromversorgungsunternehmen,
das das jeweilige Gebiet versorgt, die Einspeisung erfolgen. Alle Fahrzeuge erhalten
Stromzähler. Die Abrechnung erfolgt zentral und kann mit der Kraftfahrzeugsteuer
eingezogen werden. Mit dieser Einzugsstelle kann dann auch die Verrechnung der Stromversorgungsunternehmen
erfolgen.
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Bei der Anwendung eines in Abschnitten eingeteilten Fahrdrahtes als
Schleifleitung können z. B. Straßenbahn und Eiktrobus auf einem Bahnkörper fahren.
Der Elektrobus hat dabei die Möglichkeit auszuscheren und mit Batterie alleine weiterzufahren.
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Die Erfindung hat den Vorteil, den Verkehr auf Elektrofahrzeuge umzustellen.
Damit werden wir unabhängiger von der Öleinfuhr und sparen Devisen. Die Erzeugung
der notwendigen elektrischen Energie kann mit der ausreichend im Inland vorhandenen
Kohle sowie mit Kernenergie erfolgen. Die Luftverschmutzung nimmt in mittleren Städten
um 50 ab, und die Geräuschbelästigung um 15 dB (a). Sowohl die Bremsenergie kann
z. Teil zurückgewonnen werden als auch ein besseres Recycling ist möglich.
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Dadurch, daß die Stromabnehmersysteme sich auf einer Schleifleitung
begegnen können, ist eine größtmögliche Freizügigkeit gewährleistet. In Verbindung
mit der Pufferbatterie und den stromlosen Straßenkreuzungsschleifleitungen- und
Abzweigungen ist das Vorhandensein von stromführenden Schleifleitungen nur auf Hauptstrecken
notwendig. So ist eine permanente Aufladung der Batterie möglich - ein Austauschen
der Batterie bei leerer Batterie ist nicht notwendig.
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Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung näher erläutert:-Sie zeigt in der Fig. 1) Die Schleifleitung, im Prinzip,
mit dem Stromabnehmersystem mit zwei Stromabnehmerbürsten in 4 verschiedenen Fahrstellungen.
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Fig, 2) Die Schleifleitung, im Prinzip, mit dem Stromabnehmersystem
mit 4 Stromabnehmerbürsten in 5 verschiedenen Fahrstellungen und dem Fahrzeug mit
Stromwender, Steuerung, Motor und Batterie.
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Fig. Schnitt durch die Schleifleitung mit Begeg-38+3bs nungssituation
der Stromabnehmersysteme und Längsschnitt durch die Schleifleitung.
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Fig. 4) Gesamtdarstellung von Schleifleitung und sich begegnenden
Fahrzeugen.
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Figa Darstellung von verschiedenen Straßensituati-5a-5dt onen mit
stromlosen Führungen für die Stromabnehmersysteme.
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Die Schleifleitung besteht aus flachen Bahnen 1,2 die so breit sind,
daß 2 Stromabnehmersysteme 7 sich begegnen können. Fig. 3a und Fig. 4. Die Bahnen
sind hintereinander in gleich große stromführende Abschnitte eingeteilt, die durch
neutrale Abschnitte 2 abgeteilt und länger sind als die Stromabnehmerbürsten 5,
die auf Isolatoren 6 sitzen und Bestandteil eines Stromabnehmersystems 7 sind0 Die
stromführenden Abschnitte 1 werden aufeinanderfolgend jeweils mit positiver 3 und
negativer 4 Spannung beaufschlagt und gemeinsam eingespeist, so daß jeweils eine
Stromabnehmerbürste 5 eines Stromabnehmersystems 7 mit positiver und negativer Spannung
beaufschlagt wird
(s. Fig. 1 4 versch. Fahrstellungen) oder keine
Spannung führt. Es können 2 (Fig. 1) 4 (Fig. 2) oder mehrere Stromabnehmerbürsten
5 in Eingriff stehen.
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Bei 2 Stromabnehmerbürsten 5 pro Stromabnehmersystem 7 entspricht
der Abstand der hintereinanderliegenden Stromabnehmerbürsten 5 dem der stromführenden
Abschnitte 1. Bei 4 Stromabnehmerbürsten 5 entspricht der Abstand nur dem halben
Abstand der stromführenden Abschnitte 1.
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Die neutralen Felder 2 verhindern, daß die Plus- und Minusabschnitte
1 (3+4) kurzgeschlossen werden. Über ein massearmes Stromabnehmergestänge 9,das
vom Fahrzeuginnern von Hand oder mittels Motor ausgefahren und eingezogen werden
kann 19 führen von jeder Stromabnehmerbürste 5 eine Leitung 12 in das Fahrzeug 16
zu geeignetem Stromwender 11 (Thyristor). Diese wenden den pulsierenden und wechselnden
Gleichstrom in einen Gleichstrom, dessen Güte bei 4 Stromabnehmerbürsten 5 besser
ist. Von dem Stromwender 11 werden der Motor 14 oder die Batterie 15 über Steuerelemente
13 gespeist.
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Der Motor 14 treibt die Räder 18 an. Die Schleifleitung 12,3,4,21,22,23,25,
wird vorwiegend über der Fahrbahn 31 über den Fahrzeugen 16 angebracht. Die Befestigung
erfolgt mit herkömmlichen Mitteln 20,29,300 Die Schleifleitungsabschnitte 1,2 sind
mit Schnellwechseleinrichtungen ausgestattet (nicht dargestellt).
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Seitlich sind Schrammleisten 22 aus Stahl notwendig, die ein Abrutschen
der Stromabnehmersysteme 5 verhindern. Die Abdeckung 21 der Bahnen 1,2 ist gleichzeitig
als Träger ausgebildet und kann sowohl die Stromzuführungen 3,4 als auch Heizkabel
26 aufnehmen. Die stromführenden Abschnitte 1 sind Platten aus einer KupferlegierungO
Die neutralen Abschnitte 2 können aus dem
gleichen Material bestehen.
Dann müssen zwischen stromführenden Abschnitten 1 und den neutralen Abschnitten
2 Isolationsfugen 27 vorgesehen werden0 Die Stromabnehmerbürsten 5, die mit den
Isolatoren 6 zu einem Stromabnehmersystem 7 gehören, sind auf dem Stromabnehmergestänge
9 drehbar und gelenkig angeordnet 8.
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Das Stromabnehmergestänge 9 ist iwederum auf dem Fahrzeug 16 drehbar
und gelenkig angeordnet 10 und wird von Federkräften 28 mittig zur Fahrzeuglängsachse
37 gehalten.
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Die Schrammleisten 22 halten das Stromabnehmersystem 7 inder Schleifleitungsbahn
1,2, sodaß bei Nichtübereinstimmung der Falrzeugachse 37 mit der Schleifleitungsachse
eine Auslenkung 38 des Stromabnehmergestänges 9 erfolgt. Die Federkräfte 28 drücken
das Stromabnehmersystem 7 gegen die Schrammleisten 22. Seitlich an das Stromabnehmersystem
7 angebrqchte Elektromagnete 24, die von der Fahrzeugbatterie gespeist werden, halten
die Stromabnehmersysteme 7 zu den Schrammleisten 22 auf Abstand. Da das Fahrzeug
16 auch ohne Stromeinspeisung 3,4 nur mit der Batterie 15 betrieben werden kann,
brauchen komplizierte Verkehrspunkte wie Fig. 5a-5d usw. keine stromführenden Schleifleitungen
32 sondern nur Führungen, die die Stromabnehmersysteme 7 in der Bahn 33, 34, 35,
36 halten0 So können Kurven 33, Auffahrten 34, Kreuzungen 35 oder Bushaltestellen
36 stromlos durchfahren werden. Bei einer Auffahrt 34 oder Einfädelungsstrecke wird
über die Straßenbreite eine stromlose Führung 34 eingesetzt, die sich nach einer
bestimmten Entfernung verjüngt und in die stromführends Schleifleitung 32 einmündet.
Auf der Einfädelungsstrecke 34 kann das Stromabnehmergestänge 9 während der Fahrt
ausgefahren 19 werden0 Genauso kann das Stromabnehmergestänge in Jeder Fahrtsituation
eingezogen 19 werden.