EP4370371A1 - Kufe für einen streckentrenner - Google Patents

Kufe für einen streckentrenner

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Publication number
EP4370371A1
EP4370371A1 EP22751675.4A EP22751675A EP4370371A1 EP 4370371 A1 EP4370371 A1 EP 4370371A1 EP 22751675 A EP22751675 A EP 22751675A EP 4370371 A1 EP4370371 A1 EP 4370371A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
runner
blade
precipitation
hardenable
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22751675.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lorenz Brönnimann
Micha Röllinghoff
Vincent RUNSER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arthur Flury AG
Original Assignee
Arthur Flury AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Arthur Flury AG filed Critical Arthur Flury AG
Publication of EP4370371A1 publication Critical patent/EP4370371A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/18—Section insulators; Section switches

Definitions

  • the catenary network must supply the contact strip of the pantograph and thus the drive train of the locomotive with electricity without interruption.
  • a catenary system divided into sections is necessary for maintenance and the absorption of voltage differences.
  • section insulators such as those described in [Kiessling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.: Contact lines of electric railways. Er Weg, publishing house Publicis Publishing,
  • the separator has so-called skids. These provide the electrical connection between the isolator and the pantograph contact strip and have a free end with a spark horn. Due to the increased contact forces already mentioned, which can hardly be avoided
  • the material In addition to good electrical conductivity, the material must also meet high mechanical requirements, such as abrasion resistance and vibration resistance.
  • the blade material commonly used today is copper ETP. This has good electrical conductivity and sufficient mechanical strength for many applications. Due to the contact pressure of the pantograph, however, the runners wear out quickly under certain conditions, which leads to increased maintenance costs.
  • Stellite® applications as they are known from power plant construction, would be well suited for this from a mechanical point of view. However, because of the high cobalt content, Stellite® has a very poor electrical conductivity of less than 2% IACS.
  • a drop-shaped runner profile is characterized, among other things, by the fact that it is convexly curved in cross section perpendicular to the axis on the underside, i.e. rounded off on the underside.
  • the mechanical properties of contact wires have also been improved in recent years.
  • the contact wire copper alloy with tin, silver and magnesium and the high degree of deformation used to produce the contact wire profile made it possible to greatly improve the contact wire's abrasion resistance even without precipitation hardening [EB 112 (2014) issue 4 / p 207 ff].
  • laboratory tests have shown that the properties of the contact wire cannot be transferred to the runner profile due to the lower degree of deformation during the production of the teardrop-shaped runner profile.
  • the known contact wire alloys soften at elevated operating temperatures due to recrystallization, as described for example in [EB 112 (2014) Issue 4 / p 207 ff]. Due to the sometimes unavoidable high current flow in the isolator, the skids can quickly reach operating temperatures of well over 100°C.
  • Precipitation hardenable non-ferrous metal alloys are used for certain applications. All metals in the periodic table except iron are called non-ferrous metals.
  • the precipitation-hardenable aluminum alloy duralumin has been known since the beginning of the 20th century. This is still used today in a further developed form in the vehicle and aircraft industry. Due to the possibility of precipitation hardening, the achievable hardness is largely independent of the degree of deformation and due to the high aluminum content, it has good electrical properties.
  • the pantograph exerts a stronger contact pressure on the skids than on the free contact wire. Even the usual higher suspension of the disconnector compared to the catenary, the so-called overheight, cannot completely prevent this.
  • the increased contact pressure and the unavoidable deviations in the position of the runners from the ideal setting sometimes lead to severe runner wear.
  • skids made of precipitation-hardenable non-ferrous metals are more wear-resistant than those according to the prior art.
  • the increased wear resistance means that the runners need to be replaced less often.
  • the ready-to-install runner material is preferably in the following condition: solution-annealed, cold-worked and precipitation-hardened, in accordance with EN DIN 12167:2016 for hardenable CuNiSi alloys.
  • the advantage of this state is that it is easily accessible in the production of innovative runners.
  • the runner can be shaped well for this purpose.
  • the skid material that is ready for installation preferably has an electrical conductivity of more than 17 MS/m, so that the heating caused by currents is not too great.
  • the hardness of the ready-to-install skid material is preferably greater than 160 HB in order to minimize wear from the contact strip.
  • the ready-to-install skid material preferably has a minimum yield point (Rpo.2) of 450 MPa so that mechanical stress peaks do not lead to unacceptable plastic deformations.
  • the precipitation-hardenable alloy preferably contains copper and nickel or copper and silicon, in particular copper, nickel and silicon (a CuNiSi alloy), preferably with 90-99 mass percent copper, 1-4 mass percent nickel and 0.3-3 mass percent silicon.
  • the runner has, as is known, a drop-shaped profile, i.e. the profile is convexly curved on the underside in cross section perpendicular to the axis.
  • the blade has a spark horn, i.e. a protruding horn, via which a discharge through the air takes place in the event of an overvoltage.
  • the invention also relates to a section insulator for overhead lines for electrical rail vehicles.
  • the section insulator has two runners that are electrically isolated from one another and that can each be connected to a catenary. At least one of them, for example both, is/are a runner of the type according to the invention described above.
  • one of the runners can be longer than the other.
  • the runners are arranged in such a way that they overlap in the direction of travel of the electric rail vehicle.
  • the runners can each have an inlet that can be connected to the catenary and/or a spark horn at the opposite, free end.
  • the runners can have slots or other means, for example an eccentric, for adjusting the height and/or the inclination.
  • FIG. 1 shows a separator with the skid according to the invention.
  • Figure 2 shows the isolator in connection with the pantograph and the locomotive.
  • FIGS. 3a and 3b show the runner according to the invention.
  • the inventive runners (2a, 2b) should preferably be able to be used as replacement parts in conjunction with the existing separators (1).
  • the spark horns (5) are used to allow any arc to rise and to extinguish it via the increasing air gap (6).
  • the height of the runners (2a, 2b) can be adjusted with the aid of elongated holes (7), as shown for example in FIGS. 3a and 3b. Instead of the elongated holes (7) and the fastening screws (8), an adjustment via an eccentric, not shown, would also be conceivable.
  • pantograph (11) contact strip (12) is in poor condition.
  • the blade material according to the invention is of particular importance.
  • a precipitation-hardenable non-ferrous metal alloy can be used as the blade material. All metals in the periodic table except iron are called non-ferrous metals.
  • Non-ferrous metal alloys are therefore alloys of non-ferrous metals that do not contain any significant ( ⁇ 10%) proportion of iron.
  • the main component, based on the mass, of the non-ferrous metal alloy according to the invention is a heavy metal and belongs to the group of non-ferrous metals.
  • the term heavy metal includes non-ferrous metals and their alloys with a density >5g/cm 3 .
  • Non-ferrous metal is a collective term for a subgroup of heavy metals excluding precious metals.
  • the precipitation-hardenable non-ferrous metal alloy could consist, for example, of the essential components copper, nickel and silicon. In addition to the main component copper and the usual impurities, 1-4% by mass nickel and 0.3-3% by mass silicon are included. Such alloys are also known for the production of electrical connection material. As this is usually about

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

Verschleissarme Kufe für einen Streckentrenner zur Reduktion des Wartungsaufwandes. Die Kufe soll als Austauschteil mit bereits bestehenden Streckentrennern kompatibel sein. Zur Erhöhung der Verschleissfestigkeit besteht die erfindungsgemässe Kufe aus einer ausscheidungshärtbaren Nichteisenmetalllegierung. Während die als Fahrleitungs- und Kufenmaterialien bekannten Kupferwerkstoffe als Folge der Rekristallisation eine, in der EN 50119:2020 festgelegte, maximale Betriebstemperatur aufweisen, ist bei der erfindungsgemässen Kufe bis zu einer kurzzeitigen Temperatur von 700 ° C keine vollständige Auflösung der Ausscheidungen durch Rekristallisation feststellbar.

Description

Kufe für einen Streckentrenner
Technisches Gebiet
Mit der aufkommenden Elektrifizierung der Eisenbahnlinien Ende des 19. Jahrhunderts wurde der Grundstein für ein energieeffizientes und umweltfreundliches
Massentransportmittel gelegt. Für viele Staaten ohne eigene Kohlen- und Erdölvorkommen war dies eine zentrale Errungenschaft und der technologische Wandel wurde entsprechend beschleunigt.
Mit der Einführung der elektrifizierten Bahnlinien stellten sich aber neue Probleme. So muss das Fahrleitungsnetz die Schleifleiste des Pantographen und dadurch den Antriebsstrang der Lokomotive einerseits unterbrechungsfrei mit Elektrizität versorgen. Andererseits ist zur Wartung und dem Auffangen von Spannungsdifferenzen ein in Abschnitte unterteiltes Fahrleitungssystem notwendig.
Auf freier Strecke werden zur Lösung der Unterteilung sogenannte Lufttrennungen eingebaut. Wie sie beispielsweise in [Kressling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.: Fahrleitungen elektrischer Bahnen. Erlangen, Verlag Publicis Publishing,
2014] beschrieben sind. Bei der Lufttrennung wird der Abschnittwechsel zudem mit der Fahrdrahtabspannung kombiniert, womit sich auch das Problem der endlichen Fahrdrahtlänge löst.
Nebst den hohen Initialkosten einer Lufttrennung stellt sich auch das Platzproblem. Insbesondere im Bereich von Weichen zu Beginn oder am Ende von Bahnhöfen, steht kaum der notwendige Platz für eine Lufttrennung zur Verfügung. Aber gerade dort ist eine Unterteilung der Fahrleitung in Abschnitte von grosser Bedeutung um bei Bedarf die Fahrleitung eines Gleises, beispielsweise für den Güterverlad, spannungsfrei schalten zu können. In Anwendungsfällen mit beschränktem Platzangebot gelangen oft sogenannte Streckentrenner, wie sie beispielsweise in [Kiessling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.: Fahrleitungen elektrischer Bahnen. Erlangen, Verlag Publicis Publishing,
2014] beschrieben sind, zum Einsatz. Diese führen in der Fahrleitung jedoch zu einer Massenkonzentration, einem sogenannten harten Punkt. Dieser behindert das freie Schwingen der Fahrleitung unter der Krafteinwirkung des Pantographen. Obschon man den Trenner in der Regel etwas höher als die Fahrleitung installiert, resultieren daraus erhöhte Kontaktkräfte zwischen dem Trenner und dem Pantographen.
Der Trenner weist sogenannte Kufen auf. Diese stellen die elektrische Verbindung zwischen dem Trenner und der Schleifleiste des Pantographen dar und weisen ein freies Ende mit einem Funkenhorn auf. Auf Grund der bereits erwähnten, erhöhten Kontaktkräfte, der kaum vermeidbaren
Trennerdurchbiegung und der oft nicht optimalen geometrischen Einstellungen, verschleissen die Kufen schneller als der Fahrdraht und stellen somit einen erhöhten Wartungsaufwand dar. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diesen Wartungsaufwand zu reduzieren.
Stand der Technik
An das Kufenmaterial werden gegensätzliche Anforderungen gestellt: Nebst einer guten elektrischen Leitfähigkeit muss das Material auch hohen mechanischen Anforderungen, wie Abriebfestigkeit und Schwingungsfestigkeit genügen.
Das heute gängige Kufenmaterial ist Kupfer-ETP. Dieses weist eine gute elektrische Leitfähigkeit und für viele Anwendungsfälle eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Durch den Anpressdruck des Pantographen zerschleissen die Kufen unter gewissen Bedingungen jedoch schnell, was zu einem erhöhten Wartungsaufwand führt.
So wäre es theoretisch denkbar, eine Kufe mit einer abriebfesten Beschichtung zu versehen. Stellite®-Auftragungen, wie man sie aus dem Kraftwerkbau kennt, würden sich dazu aus mechanischer Sicht gut eignen. Nur weist Stellite® wegen dem hohen Kobaltgehalt eine sehr schlechte elektrische Leitfähigkeit von unter 2% IACS auf.
Vereinzelt werden auch Kufen aus rostfreiem Stahl eingesetzt. Da auch rostfreier Stahl in Abhängigkeit der Legierungsbestandteile eine schlechte elektrische Leitfähigkeit aufweist, erwärmen sich die Kufen stark und neigen beim Abbrand zur Schweissperlenbildung. Somit stellen auch Stahlkufen keine zufriedenstellende Lösung dar.
Seit dem Durchbruch der induktiven Wärmeerzeugung in Kochherden werden verstärkt Verbundmaterialien aus rostfreiem, magnetischem Stahl und Kupfer zur Pfannenherstellung bereitgestellt. Da der rostfreie Stahl die entsprechenden mechanischen Eigenschaften und das Kupfer die benötigte elektrische Leitfähigkeit sicherstellen würde, wären diese Verbundmaterialien grundsätzlich zur Herstellung von Kufen geeignet. Da bei der Wahl eines standardmässig verfügbaren Verbundmaterials vom bewährten tropfenförmigen Kufenprofil auf ein rechteckiges Profil gewechselt werden müsste, konnte sich diese Lösung bisher nicht durchsetzen. Ein tropfenförmiges Kufenprofil zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass es im Querschnitt senkrecht zur Achse an der Unterseite konvex gekrümmt ist, also unterseitig abgerundet.
Auch im Bereich der Fahrdrähte wurden in den vergangenen Jahren die mechanischen Eigenschaften verbessert. Durch die Legierung des Fahrdrahtkupfers mit Zinn, Silber und Magnesium sowie dem zur Herstellung des Fahrdrahtprofils hohen Umformungsgrades konnte die Abriebfestigkeit des Fahrdrahtes auch ohne Ausscheidungshärtung stark verbessert werden [EB 112 (2014) Heft 4 / p 207 ff]. Laborversuche haben jedoch gezeigt, dass sich durch den, bei der Herstellung des tropfenförmigen Kufenprofils geringeren Umformungsgrad, die Eigenschaften des Fahrdrahtes nicht auf das Kufenprofil übertragen lassen. Zudem erweichen die bekannten Fahrdrahtlegierungen bei erhöhten Betriebstemperaturen durch Rekristallisation, wie beispielsweise in der [EB 112 (2014) Heft 4 / p 207 ff] beschrieben ist. Durch den zeitweise nicht vermeidbaren hohen Stromfluss im Trenner können die Kufen schnell Betriebstemperaturen von weit über 100°C erreichen.
Für gewisse Anwendungen werden ausscheidungshärtbare Nichteisenmetalllegierungen eingesetzt. Als Nichteisenmetall werden alle Metalle im Periodensystem ausser Eisen bezeichnet. So ist seit Anfang des 20. Jahrhunderts die ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung Duraluminium bekannt. Diese wird auch heute in weiterentwickelter Form in der Fahr- und Flugzeugindustrie eingesetzt. Durch die Möglichkeit des Ausscheidungshärtens ist die erreichbare Härte weitgehend unabhängig vom Umformungsgrad und durch den hohen Aluminiumanteil weist sie gute elektrische Eigenschaften auf.
Zur Herstellung von elektrotechnischem Verbindungsmaterial sind zudem aushärtbare Nichteisenmetalllegierungen auf Kupferbasis bekannt, die die gegensätzlichen Ansprüche der hohen mechanischen Anforderungen und der guten elektrischen Leitfähigkeit miteinander verbinden. Vertreter solcher, auf Kupfer basierender Legierungen sind beispielsweise in der WO 2014/029798 oder in der DD 288180 beschrieben. Nebst der Schwierigkeit, dass solche Legierungen bei ungeeigneten Herstellprozessen zu starker Sprödbruchanfälligkeit neigen, bilden sie bei erhöhten Temperaturen festigkeitssteigernde Ausscheidungen. Die Fahrleitungsmaterialien erwärmen sich durch die Umgebungstemperatur, durch die Sonneneinstrahlung und wegen des Heizeffektes aufgrund des Stromdurchganges sowie dessen Dauer. Während die als Fahrleitungsmaterialien bekannten Kupferwerkstoffe eine - wegen der werkstoffabhängigen Erweichung als Folge der Rekristallisation - in der Tabelle 1 der Norm EN 50119:2020 festgelegte, maximale Betriebstemperatur aufweisen, ist bei ausscheidungshärtbaren Legierungen, wie sie beispielsweise in der WO 2014/02998 beschrieben sind, bis zu einer kurzzeitigen Temperatur von 700°C keine vollständige Auflösung der Ausscheidungen durch Rekristallisation feststellbar. Unter kurzzeitig ist beispielsweise der Wärmeeintrag durch Lichtbogen, die durch die Durchfahrt eines Pantografen verursacht werden, zu verstehen.
Darstellung der Erfindung
Wartungen an den Fahrleitungen sind sehr kostenintensiv. Die Strecke muss gesperrt, die Fahrleitung spannungsfrei geschaltet und geerdet werden. Zudem lassen die oft nur kurzen Intervalle keine rationelle Wartung zu.
Dies führt zum lang ersehnten Wunsch der Bahnbetreiber, die Intervalle der Kufenwartung substanziell verlängern zu können.
Durch die Massenkonzentration im Trenner übt der Pantograph auf die Kufen eine stärkere Anpresskraft als auf den freien Fahrdraht aus. Auch das übliche erhöhte Aufhängen des Trenners gegenüber der Fahrleitung, das sogenannte Überhöhen, kann dies nicht gänzlich verhindern. Der erhöhte Anpressdruck und die unvermeidbaren Abweichungen der Kufenlage zur idealen Einstellung führen zu einem teilweise starken Kufenverschleiss .
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine substanzielle Verlängerung der Wartungsintervalle für die Kufenwartung zu erreichen.
Die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik werden zumindest teilweise gelöst durch eine Kufe gemäss Anspruch 1.
Es hat sich gezeigt, dass Kufen aus ausscheidungshärtbaren Nichteisenmetallen verschleissfester sind als solche gemäss dem Stand der Technik.
Die erhöhte Verschleissfestigkeit führt dazu, dass die Kufen weniger ausgetauscht werden müssen.
Vorzugsweise ist beim einbaufertigen Kufenmaterial bei einer kurzen (bis 2 Sekunden) Temperaturerhöhung bis zu einer Temperatur von 700°C, keine vollständige Auflösung der Ausscheidungen durch Rekristallisation feststellbar, womit das Material unter Einfluss von Reibung und einer Lichtbogenentladung seine Gitterstruktur nicht gross ändert. Vorzugsweise befindet sich das einbaufertige Kufenmaterial in folgendem Zustand: lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet, gemäss EN DIN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen.
Vorteil von diesem Zustand ist, dass er in der Produktion der erfinderischen Kufen gut erreichbar ist. Dazu lässt sich die Kufe gut formen.
Vorzugsweise hat das einbaufertige Kufenmaterial eine elektrische Leitfähigkeit von über 17 MS/m, damit die Erwärmung durch Ströme nicht zu hoch ist.
Vorzugsweise beträgt die Härte des einbaufertigen Kufenmaterials mehr als 160 HB, um die Abnutzung durch die Schleifleiste zu minimieren.
Vorzugsweise weist das einbaufertige Kufenmaterial eine Mindeststreckgrenze (Rpo.2) von 450MPa auf, damit mechanische Spannungsspitzen nicht zu unakzeptablen, plastischen Deformationen führen.
Die ausscheidungshärtbare Legierung enthält gemäss der Erfindung vorzugsweise Kupfer und Nickel oder Kupfer und Silizium, insbesondere Kupfer, Nickel und Silizium (eine CuNiSi-Legierung), vorzugsweise mit 90-99 Massenprozenten Kupfer, 1-4 Massenprozent Nickel und 0.3-3 Massenprozent Silizium.
Die Kufe hat insbesondere, wie an sich bekannt, ein tropfenförmiges Profil, d.h. das Profil ist im Querschnitt senkrecht zur Achse unterseitig konvex gekrümmt.
Die Kufe weist insbesondere, wie ebenfalls an sich bekannt, ein Funkenhorn auf, d.h. ein abstehendes Horn, über welches einer Überspannung eine Entladung durch die Luft stattfindet.
Nebst einer Kufe betrifft die Erfindung auch einen Streckentrenner für Fahrleitungen für elektrische Schienenfahrzeuge. Der Streckentrenner weist zwei voneinander elektrisch isolierte Kufen auf, die je mit einer Fahrleitung verbindbar sind . Mindestens eine davon, beispielsweise beide, ist/sind eine Kufe der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Art.
Wie an sich bekannt kann eine der Kufen länger als die andere sein.
Die Kufen sind insbesondere so angeordnet, dass sie in Fahrtrichtung des elektrischen Schienenfahrzeugs überlappend sind.
Wie ebenfalls an sich bekannt können die Kufen je einen mit der Fahrleitung verbindbaren Einlauf und/oder ein Funkenhorn am gegenüberliegenden, freien Ende aufweisen.
Optional können die Kufen Langlöcher oder andere Mittel, bspw. einen Exzenter, für die Justierung der Höhe und/oder der Neigung aufweisen.
Aufzählung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt einen Trenner mit der erfindungsgemässen Kufe.
Figur 2 zeigt den Trenner in Verbindung mit dem Pantographen und der Lokomotive.
Figuren 3a und 3b zeigen die erfindungsgemässe Kufe.
Fi gurbe s ehr e ibung
Da weltweit unzählige Trenner (1) mit einem bestehenden Kufendesign im Einsatz sind, sollen die erfinderischen Kufen (2a, 2b) vorzugsweise als Austauschteil in Verbindung mit den bereits bestehenden Trennern (1) verwendet werden können.
Bedingt durch die elektrotechnisch notwendige Überlappung (3) der Kufen (2a, 2b) sind am Trenner (1) wechselseitig eine kurze Kufe (2a) und eine lange Kufe (2b) notwendig. Diese weisen - je nach Fahrtrichtung der Lokomotive (10) - einen
Einlauf (4) sowie ein Funkenhorn (5) auf. Die Funkenhörner (5) dienen dazu, einen allfälligen Lichtbogen steigen zu lassen und über den zunehmenden Luftabstand (6) zu löschen. Mit Hilfe von Langlöchern (7), wie sie beispielsweise in den Figuren 3a und 3b dargestellt sind, lassen sich die Kufen (2a, 2b) in der Höhe justieren. Anstelle der Langlöcher (7) und der Befestigungsschrauben (8) wäre auch eine Einstellung über einen nicht dargestellten Exzenter denkbar. Die Zugspannung des Fahrdrahtes (9), die aussermittig auf den Trenner (1) eingeleitet wird, führt zu einer Trennerdurchbiegung. Deshalb müssen die Kufen (2a, 2b) nicht nur in der Höhe, sondern auch in der Neigung einstellbar sein.
Eine ideal eingestellte Kufe (2a, 2b) nutzt sich im Bereich des Einlaufes (4) und der nicht dargestellten Gleitfläche des Pantographen gleichmässig ab. Trotzdem sind die Wartungsintervalle, verglichen mit dem Fahrdraht (9) kürzer, was zu einem zusätzlichen Wartungsaufwand führt. Die folgende, nicht abschliessende Aufzählung nennt mögliche Situationen, die die Wartungsintervalle zusätzlich verkürzen:
• Die Kufen (2a, 2b) sind schlecht eingestellt.
• Die Lokomotive (10) mit dem Pantographen (11) und der Schleifleiste (12) befindet sich wegen der Überfahrt von Weichen in einer Wankbewegung. • Der Trenner (1) ist nicht parallel zu den Geleisen (13) ausgerichtet, was dazu führt, dass nur eine Kufe (2a, 2b) von der Schleifleiste (12) des Pantographen (11) beschliffen wird.
• Der Trenner (1) ist zu wenig überhöht, was zu einer verstärkten Anpresskraft des Pantographen (11) und der Schleifleiste (12) führt.
• Die Schleifleise (12) des Pantographen (11) ist in schlechtem Zustand.
Da sich diese Situationen auch bei bester Wartung nicht immer vermeiden lassen, kommt dem erfindungsgemässen Kufenmaterial eine besondere Bedeutung zu.
Bei der erfindungsgemässen Kufe kann als Kufenmaterial eine ausscheidungshärtbare Nichteisenmetalllegierung eingesetzt werden. Als Nichteisenmetall werden alle Metalle im Periodensystem ausser Eisen bezeichnet.
Nichteisenmetalllegierungen sind demzufolge Legierungen aus Nichteisenmetallen, die keinen nennenswerten (<10%) Anteil an Eisen enthalten. Der auf die Masse bezogene Hauptbestandteil der erfindungsgemässen Nichteisenmetalllegierung ist in einer bevorzugten Ausführung ein Schwermetall und gehört zur Gruppe der Buntmetalle. Unter den Begriff Schwermetall fallen Nichteisenmetalle und dessen Legierungen mit einer Dichte >5g/cm3. Buntmetall ist eine Sammelbezeichnung für eine Untergruppe der Schwermetalle unter Ausschluss der Edelmetalle. In einer besonders bevorzugten Ausführung könnte die ausscheidungshärtbare Nichteisenmetalllegierung beispielsweise aus den wesentlichen Bestandteilen Kupfer, Nickel und Silizium bestehen. Wobei neben dem Hauptbestandteil Kupfer und den üblichen Verunreinigungen, 1-4 Massen-% Nickel und 0.3-3 Massen-% Silizium enthalten sind. Bekannt sind solche Legierungen auch für die Herstellung von elektrischem Verbindungsmaterial. Da es sich hier in der Regel um
Komponenten mit verhältnismässig kleinen Abmessungen handelt, können diese problemlos in einem handelsüblichen Ofen unter Schutzgasatmosphäre ausscheidungsgehärtet werden. Das Ausscheidungshärten der erfindungsgemässen Kufe bedingt jedoch einen Ofen mit Spezialabmessungen und stellt einen entsprechend anspruchsvoll zu führenden Prozess dar. Ausscheidungshärtbare Kupferlegierungen neigen bei falscher Prozessführung zu Sprödbrüchigkeit, was im vorliegenden Fall zu einem Versagen der Kufe führen würde.
Lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet, wie dies beispielsweise die DIN EN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen vorsieht, können beim einbaufertigen Material folgende minimalen Kennwerte erreicht werden, die auch die technologischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Kufe charakterisieren:
¨ Elektrische Leitfähigkeit > 17 MS/m
¨ Härte >160 HB
¨ Streckgrenze Rpo.2> 450MPa
Legende
I Trenner
2a Kurze Kufe
2b Lange Kufe
3 Überlappung
4 Einlauf
5 Funkenhorn
6 Luftabstand
7 Langlöcher
8 Befestigungsschraube
9 Fahrdraht
10 Lokomotive
II Pantograph
12 Schleifleiste
13 Geleise

Claims

Patentansprüche
1. Kufe (1) für einen Streckentrenner (2) für eine elektrische Fahrleitung (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Kufenmaterial eine ausscheidungshärtbare Nichteisenmetalllegierung umfasst, wobei diese Legierung vorzugsweise ein Schwermetall umfasst.
2. Kufe (1) gemäss dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kufenmaterial mehr als 50 Massenprozente Schwermetall enthält.
3. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kufenmaterial mehr als 50 Massenprozente Buntmetall enthält.
4. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kufenmaterial mehr als 50 Massenprozente Kupfer enthält.
5. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim einbaufertigen Kufenmaterial bis zu einer kurzfristigen Temperatur von 700°C keine vollständige Auflösung der Ausscheidungen durch Rekristallisation feststellbar ist.
6. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das einbaufertige Kufenmaterial in folgendem Zustand befindet: lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet, gemäss EN DIN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen.
7. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einbaufertige Kufenmaterial im Zustand lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet gemäss EN DIN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen eine
Mindesthärte von 160 HB aufweist.
8. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einbaufertige Kufenmaterial im Zustand lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet gemäss EN DIN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen eine elektrische Leitfähigkeit von über 17 MS/m aufweist.
9. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einbaufertige Kufenmaterial im Zustand lösungsgeglüht, kaltverformt und ausscheidungsgehärtet gemäss EN DIN 12167:2016 für aushärtbare CuNiSi-Legierungen eine Mindeststreckgrenze (Rp0.2) von 450MPa aufweist.
10. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausscheidungshärtbare Legierung Kupfer und Nickel, vorzugsweise mit 90-99 Massenprozenten Kupfer und mit 1- 4 Massenprozenten Nickel.
11. Kufe (1) gemäss mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausscheidungshärtbare Legierung Kupfer und Silizium enthält, vorzugsweise mit 90-99 Massenprozenten Kupfer und 0.3-3 Massenprozenten Silizium.
12. Kufe (1) gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ausscheidungshärtbare Legierung eine Kupfer- Nickel-Silizium-Legierung ist, vorzugsweise mit 90-99 Massenprozenten Kupfer, mit 1-4 Massenprozenten Nickel und mit 0.3-3 Massenprozenten Silizium.
13. Kufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufe in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung unterseitig gekrümmt ist .
14. Streckentrenner für Fahrleitungen für elektrische Schienenfahrzeuge, aufweisend zwei voneinander elektrisch isolierte Kufen, wovon mindestens eine als Kufe nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist .
EP22751675.4A 2021-07-16 2022-07-14 Kufe für einen streckentrenner Pending EP4370371A1 (de)

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PCT/EP2022/069706 WO2023285582A1 (de) 2021-07-16 2022-07-14 Kufe für einen streckentrenner

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Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4370371A1 (de)
CN (1) CN117916122A (de)
CH (1) CH718835A1 (de)
WO (1) WO2023285582A1 (de)

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