DE739959C - Stromabnehmer fuer elektrische Triebfahrzeuge - Google Patents

Description

• Stromabnehmer für elektrischeTriebfahrzeuge An der Übergangsstelle zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer elektrischer Triebfahrzeuge treten bei Fahrzeugkurzschlüssen; im Fall von Gleichstrombahnen-auch- beim Anfahren, häufig erhebliche Zerstörungen am Stromabnehmer und am Fahrdraht auf, die sogar zum Riß des Fahrdrahtes und damit zu schweren Betriebsstörungen führen können.
• Die Ursache dieser Zerstörungen liegt in der durch den Anfahrstrom bei ruhendem oder schwach bewegtem Fahrzeug oder durch den Kurzschlußstrom in, der Zeit vom Kurzschlußbeginn bis zur Kurzscblußabschaltung durch den. Leistungsschalter an der Übergangsstelle zwischen Draht und Stromabnehmer hervorgerufenen Erwärmung. Der Vorgang geht ungefähr so vor sich, daß durch den über den Übergangswiderstand zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer fließenden Anfahr- und Kurzschlußstrom starke Temperaturerhöhung und damit verbunden örtliche Abschmelzungen hervorgerufen werden, die zu Lichtbogenerscheinungen und dadurch zu weiteren Temperaturerhöhungen und im Gefolge damit zu Zerstörungen. des Fahrdrahtes und Stromabnehmers führen. Von großer Bedeutung für die ganze Erscheinung ist also der Übergangswiderstand zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer. Bei gegebenem Kontaktdruck treten um so heftigere Abbranderscheinungen auf, je schlechter der Übergangswiderstand des Kontaktes ist: Höherer Kontaktdruck verbessert die Abbrandverhältnisse. Stromabnehmer mit Kohleschleifstücken neigen bei gleichem Kontaktdruck stärker zu Kurzschlußabbranderscheinungen als Stromabnehmer mit Metalls,chleifstükken. Zur Bekämpfung der Abbranderscheinungen wurden in bekannter Weise verschiedene Wege beschritten. So wurde versucht, Fahrdrähte aus abbrandfesteren Stoffen (Stahl) oder mindestens mit abbrandfesteren Laufflächen (Stalu, Kupferstahl) zu verwenden. Man trachtete weiter, durchAnwendung von Schnellschaltern die Zeitdauer des Kurzschlußvorganges abzukürzen und damit die Wärmeentwicklung an der Kontaktstelle zu verhindern. Schließlich wurden auch Dämpfungsdrosseln vorgeschlagen, urn den Kurzschlußstrom seiner Höhe nach und damit den Abbrand zu begrenzen.
• Die beiden ersten Maßnahmen lassen sich, wenn auch mit Nachteilen verbunden (schlechter Leitwert, höhere Kosten), auf neu zu bauenden. Strecken anwenden, kommen dagegen für bereits bestehende Strecken (Kupferfahrdraht, normale ölschalter als Leistungsschalter) nicht in Betracht. Die dritte Maßnahme wird wegen des sich in den Dämpfungsdrosseln ergebenden hohen Wirkverlustes und Spannungsabfalls im allgemeinen nicht in Betracht gezogen.
• Man könnte nun daran denken, den Kontakt zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer durch Erhöhung des Kontaktanpressungsdruckes oder durch Vergrößerung der Kontaktfläche oder durch Anwendung zusätzlicher metallischer Kontakte zu verbessern. Versuche haben gezeigt, daß sich Abbranderscheinungen dann vollständig vermeiden lassen. Im Betrieb läßt sich dieser Weg (dauernde Erhöhung des Kontaktdruckes, dauernd wirkende zusätzliche Metallkontakte) jedoch aus Gründen fahrleitungstechnischer und betrieblicher Art und mit Rücksicht auf die Kontakt- und Drahtabnutzung nicht beschreiten, um so weniger, als wegen der Rundfunkstörbeeinflussung Kohleschleifstücke metallischen Schleifstücken vorzuziehen sind.
• Erfindungsgemäß soll deshalb der Abbrand dadurch unterbunden werden, daß der Kontakt zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer vorübergehend, d. h. während der Zeitdauer des Anfahr- oder Kurzschlußstromstoßes, ver; bessert wird. Die Kontaktverbesserung kann dabei vorteilhafterweise vom Anfahr- bzw. Kurzschlußvorgang selbst bewirkt und entweder durch Kontaktdruckerhöhung, ditrch Anwendung zusätzlicher Metallkontakte oder durch schnelle, von der Fahrzeugbewegung unabhängige Bewegung des. Kontaktschleifstückes gegenüber dem Fahrdraht erreicht werden. Die letztere Maßnahme dient dabei dem doppelten Zweck einer Verkleinerung des Kontaktübergangswiderstandes und einer Verbesserung der Wärmeverteilung (Verhinderung lokaler Erwärmung des Fahrdrahtes) an der Kontaktstelle. Abb. i a, i b, i c und 2 stellen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens da-. Das Schleifstück des Stromabnehmers besteht aus je zwei um einen Drehpunkt 0 drehbar angeordneten, aus Kohle Cl, C. und Aluminiumfußstücken Al, A. bestehenden Kontaktstücken. Die Abb. i a, i b und i c entsprechen dein normalen Betrieb. Die beiden: Kontaktstücke werden durch Spiralfedern in der in Abb. i a gezeichneten Lage gehalten. Mit den beiden Alurniniumfußstücken Al, A. ist je eine Aluminiumschiene S1, S.. durch Schrauben mechanisch fest, elektrisch aber gegen die Aluminiumfußstücke isoliert (Isolation p) verschraubt. Mechanisch, mit Rücksicht auf Festigkeit, stellt jedes Aluminiuinfußstück und die damit verschraubte Schiene je ein einheitliches Gebilde dar. Die beiden Aluminiumschienen S1, S2 berühren sich gegenseitig nicht.
• Die um die Punkte 0 drehbaren Achsen der Kontaktstücke sind in Rahmen drehbar, aber gegen die Rahmen elektrisch isoliert (Isolation p, Abb. i b und i c) angeordnet. Die Aluminiumfußstücke Al, A, und Schienen J'1, S. stehen untereinander, wie in Abb. i a und i c angegeben, durch flexible Litzen elektrisch in Verbindung.
• Damit ergibt sich der in Abb. i c dargestellte Stromfluß. h, J2 bedeuten die von den beiden Kohlekontaktstücken vom Fahrdraht abgenommenen Ströme.
• Durch die Schienen S1, S, fließt der volle Stramabnehmerstrom Il, J. je in entgegengesetzter Richtung auf der ganzen Länge des Stromabnehmers. Die Schienen stoßen sich daher elektrodynamisch ab. Die sonst noch zwischen den einzelnen Strömen auftretenden -elektrodynamischen Wirkungen heben. sich entweder gegenseitig auf oder können ihrer Größe nach gegenüber der Abstoßung zwischen den Schienen vernachlässigt werden.
• Im normalen Betrieb, d. h. bei verhältnismäßig geringer Stromstärke, wird die schwache elektrodynamische Abstoßkraft zwischen den Schienen S1, S. durch die Wirkung der Spiralfedern aufgehoben.
• Bei im Vergleich zum normalen Betrieb starken An.fahr- oder Kurzschlußströmen bewirkt dagegen die dann starke elektrodyiramische Abstoßungskraft zwischen den Schienen eine Drehung der Kontaktstücke in die in Abb.2 dargestellte Lage. An Stelle der Kohlekontakte kommen die beiden, vorteilhafterweise mit auswechselbaren Metallschleifstücken ausgerüsteten Metallkontakte zur Wirkung. Gleichzeitig kann durch geeignete Formgebung der Abwälzkurve eine Kontaktdruckerhöhung erzielt werden. Der Kohlekontakt wird gleich vom ersten Augenblick des Kurzschlusses an gegenüber dem Fahrdraht verschoben, wodurch- einerseits eine Verkleinerung des Kontaktwiderstandes erreicht, andererseits eine bessere Verteilung der Wärme auf ein gegenüber der Kohlekontaktbreite größeres Fahrdrahtstück bewirkt wird. Durch geeignete Formgebung der Abwälzkurven,. kann erreicht werden, daß der Kohlekontakt sogar vorübergehend vom Fahrdraht abgehoben und dadurch vom Anfahr- oder Kurzschlußstrom entlastet wird.
• Im angegebenen Beispiel wird die Verbesserung des Kontaktei durch die elektrodynamische Wirkung des Anfahr- oder Kurzschlußstromes erzielt. Sie kann aber ebensogut durch elektromagnetische Wirkung des Anfahr- oder. Kurzschlußstromes oder durch, das Absinken der Kurzschlußspannung oder durch gleichzeitige Wirkung des Kurzschlußstromes und der Kurzschlußspannung hervorgerufen werden.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel des, Erfindungsgedankens ist in Abb.3 grundsätzlich dargestellt. Außer dem Kohleschleifstück C schleift hier ein durch die Feder f dauernd gegen den Fahrdraht gepreßtes Metallschleifstück M am Fahrdraht. Die metallischen Fußstücke F, und F," der Kohle- und Metallschleifstücke sind im normalen Betrieb durch die Isolation IS elektrisch gegeneinander isoliert. Das Fußstück F," ist auch gegen. alle übrigen Teile des Stromabnehmers isoliert, so daß im normalen Betrieb der Strom vom Fahrdraht nur über das Kohleschleifatück, das Fußstück F, und über das Stromabnehmergestänge in die Schützspule R und dann zum Triebfahrzeug fließt. Die Auslegung der Schützspule wird so vorgenommen, daß der normale Betriebsstrom den Schützkontakt y noch nicht schließt.
• Im Kurzschlußfall bewirkt der Kurzschlußstrom dagegen Schließung des Schüttkontaktes r und damit die zusätzliche Einschaltung des Metallkontaktes M, so daß der Kohleschleifkontakt elektrisch entlastet wird. Das Schütz braucht vorteilhafterweise gar nicht am Stromabnehmer selbst angeordnet zu werden, um nicht die Masse des Stromabnehmers unnötigerweise zu vergrößern.
• Eine andere Art der Kontaktverbesserung durch bloße Kontaktdruckerhöhung läßt sich dadurch erzielen, daß eine den Anpreßdruck des Stromabnehmers hervorrufende Spiralzugfeder vom Kurzschluß- oder Anfahrstrom selbst durchflossen und dadurch zusammengezogen wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stromabnehmer für elektrische Triebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht vorübergehend, d. h. während der Zeitdauer Zes Anfahr- oder Kurzschlußströmstoßes, verbessert wird. a. Stromabnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch den Anfahr- oder Kurzschlußstromstoß selbst unter Zuhilfenahme elektromechanischer Mittel bewirkt wird. 3. Stromabnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch das Absinken der Kurzschlußspannung unter Zuhilfenahme elektromechanischer Mittel bewirkt wird. q.. Stromabnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch kombinierte Wirkung des Kurzschlußstromes und der absinkenden Kurzschlußspannung unter Zuhilfenahme elektromechanischer Mittel bewirkt wird. 5. Stromabnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktv@rbesserung während des. Anfahrvorganges mit Hilfe elektromechanischer Mittel bewirkt, aber von Hand aus willkürlich betätigt wird. 6. Stromabnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktverbesserung während des Anfahrvorganges durch den Anfahrmechanismus des Triebfahrzeugs automatisch gleichzeitig mitbewirkt wird. Stromabnehmer nach: Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes in einer Kontaktdrucksteigerung besteht. B. Stromabnehmer nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes in einer Vergrößerung der Kontaktfläche besteht. g. Stromabnehmer nach Anspruch; i, bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch Anbringung zusätzlicher metallischer Kontakte bewirkt wird. io. Stromabnehmer nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch eine von der Fahrzeugbewegung unabhängige Bewegung des Kontaktstückes gegenüber dem Fahrdraht erreicht wird. ii. Stromabnehmer nach" Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch elektrodynamische Wirkung des Anfahr-oder Kurzschlußstromes bewirkt wird. i->. Stromabnehmer nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch elektromagnetische Wirkung des Anfahr-oder Kurzschlußstromes bewirkt wird. 13. Stromabnehmer nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch elektrostatische Wirkung der Kurzschlußspannung bewirkt wird. i-.. Stromabnehmer nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch elektrodynamische Wirkung eines der Kurzschlußspannung proportionalen Stromes bewirkt wird. 1s. Stromabnehmer nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbesserung des Kontaktes durch elektrodynamische Wirkung des Kurzschlußstromes und eines der Kurzschlußspannung proportionalen Stromes bewirkt wird.