Stromabnehmer für ein elektrisch oder hybridelektrisch ange triebenes Straßenfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer für ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für den Transport von Gütern oder die Beförderung von Perso nen sind elektrische Triebfahrzeuge mit Stromabnehmern zur Traktionsversorgung aus einer streckenseitigen Oberleitungs anlage im schienengebundenen Eisenbahnverkehr hinlänglich be kannt. Seit geraumer Zeit sind aber auch nicht schienengebun dene Triebfahrzeuge, insbesondere schwere Nutzfahrzeuge für den Straßenverkehr, mit dieselelektrischem Antrieb und mit Stromabnehmern zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Oberleitungsanlage bekannt. Aufgrund der Gummibereifung der artiger Straßenfahrzeuge sind für elektrifizierte Fahrstrei fen zweipolige Oberleitungsanlagen erforderlich, die als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte über diesem Fahrstrei fen aufspannen. Entsprechend ist auch der Stromabnehmer zwei polig ausgebildet sein.

Ein solch gattungsgemäßer Stromabnehmer ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 102017 203 046 Al bekannt. Er umfasst ein gelenkiges Traggestänge, das fahrdrahtseitig eine Wippenanordnung mit je Kontaktpol mindestens einer Schleif leiste trägt und fahrzeugseitig ein Basisgelenk zur Abstüt zung auf dem Straßenfahrzeug aufweist. Der Stromabnehmer um fasst ferner einen Hubantrieb, der derart mit dem Traggestän ge gekoppelt ist, dass die Schleifleisten aus einer unteren Ablageposition in einer obere Kontaktposition anhebbar sind.

Für jeden Kontaktpol weist das Traggestänge des bekannten Stromabnehmers einen gesonderten Oberarm auf, entsprechend weist die Wippenanordnung für jeden Kontaktpol eine eigene Wippe mit Schleifleisten auf, wobei jeder der beiden Oberarme je eine der Wippen trägt. Die zwei Oberarme sind über ein ge meinsames Kniegelenk mit dem Unterarm verbunden, sind aber unabhängig voneinander gegen den Unterarm verdrehbar, so dass die beiden elektrisch voneinander isolierten Wippen unter schiedliche Vertikalpositionen einnehmen können. Hierdurch können Unebenheiten der Fahrbahn, ein Wanken des Straßenfahr zeugs und unterschiedlich hoch hängende Fahrdrähte ausgegli chen werden, um im Betrieb des Straßenfahrzeugs die Kontakt kräfte zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten möglichst kon stant zu halten und Kontaktverluste zu minimieren. Der be kannte Stromabnehmer weist viele und komplizierte Einzelteile auf und bedarf einer präzisen und aufwändigen Einstellung vor und bei Integration in ein Straßenfahrzeug.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Strom abnehmer der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bei einfacherem Aufbau eine gleichmäßige Kontaktkraft zwi schen Schleifleisten und Fahrdrähten der Oberleitungsanlage erreichbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungs gemäßen Stromabnehmer mit den im kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach ist das Trag gestänge pantographenartig ausgebildet und umfasst einen Un terarm und - im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stromab nehmer - auch nur einen Oberarm, der mit dem Unterarm über ein Kniegelenk verbunden ist. Die Wippenanordnung weist dabei einen Wippenkasten mit einem oberen Querbalken und einem un teren Querbalken auf, die zueinander parallel oder annähernd angeordnet sind. Der obere Querbalken ist mit dem unteren Querbalken mittig durch eine Mittelstrebe und beidendseitig durch je-weils eine Seitenstrebe verbunden. Mittelstrebe und Seitenstreben sind zueinander parallel oder annähernd paral lel angeordnet und weisen an den sechs Verbindungsstellen Drehgelenke mit jeweils einem durch eine Drehachse definier ten Rotationsfreiheitsgrad auf. Die sechs Drehachsen verlau fen zueinander parallel, so dass der Wippenkasten ein Paral lelogramm oder annähernd ein Parallelogramm mit festen Sei- tenlängen aber veränderbaren Innenwinkeln definiert. Bei Mon tage auf einem Straßenfahrzeug verlaufen diese Drehachsen pa rallel zu einer Fahrzeuglängsachse. Der Oberarm ist fahr drahtseitig mit der Mittelstrebe über ein Wippengelenk ver bunden, welches eine Drehbewegung zwischen der Parallelo grammebene des Wippenkastens und dem Oberarm ermöglicht. Die Drehachsen des Wippengelenks, des Kniegelenks und des Basis gelenks verlaufenden dabei zueinander parallel und bei Monta ge auf einem Straßenfahrzeug parallel zu einer Fahrzeugquer achse. Die Schleifleisten der beiden Kontaktpole stützen sich symmetrisch zur Mittelstrebe auf dem Wippenkasten ab. Je Kon taktpol können beispielsweise zwei hintereinander angeordnete Schleifleisten vorgesehen sein, welche parallel zueinander und bei Montage auf einem Straßenfahrzeug parallel zu einer Fahrzeugquerachse verlaufen.

Der erfindungsgemäße Stromabnehmer realisiert eine einfache Einarmkonstruktion des Pantographen, kommt also neben einem Unterarm auch mit nur einem Oberarm aus, und ermöglicht den noch eine Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten der bei den Kontaktpole. Die Schleifleisten sind auf dem Wippenkasten symmetrisch zur Mittelstrebe und damit symmetrisch zum Ober arm des Traggestänges abgestützt und können sich aufgrund der Parallelogrammmechanik des Wippenkastens vertikal bewegen - und zwar in dem Maße, wie sich die Schleifleisten eines Kon- taktpols absenken, werden die Schleifleisten des anderen Kon- taktpols angehoben. Die symmetrische Einleitung der Kontakt kräfte in den Wippenkasten erlaubt eine gleichbleibende An druckkraft der Schleifleisten beider Kontaktpole unabhängig vom lateralen Kontaktpunkt der Fahrdrähte auf den Schleif leisten. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Stromab nehmers vereinfacht sich dessen Montage, dessen Integration in ein Straßenfahrzeug und dessen Wartung. Die reduzierte Teilezahl bedingt ein geringeres Gewicht und verbesserte Schwingungseigenschaften des erfindungsgemäßen Stromabneh- mers. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind der Oberarm über eine Zugstange mit einem Grundrahmen des Stromabnehmers und der Unterarm über eine Kuppelstange mit der Mittelstrebe derart gelenkig verbunden, dass die Mittelstrebe beim Anheben und Absenken der Schleif leisten vertikal ausgerichtet parallelgeführt ist. Das Ge stänge aus Unter- und Oberarm sowie Zug- und Kuppelstange bilden eine Parallelführung für den Wippenkasten, so dass seine Parallelogrammebene beim An- und Abdrahten des Stromab nehmers stets vertikal ausgerichtet bleibt.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Stromabnehmers stützen sich die Schleifleisten am Wip penkasten federnd ab. Eine Federung verringert die Stoßbelas tung bei der Kontaktherstellung zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten und verringert dadurch das Risiko von Abplatzun gen oder Ausbrüchen aus den Kohlestücken der Schleifleisten beim Andrahten. Zudem werden Vertikalbewegungen des Fahrge stells, hervorgerufen etwa durch Brems- oder Lenkbeschleuni gungen des Straßenfahrzeugs oder durch Fahrbahnunebenheiten, nicht ungefedert auf die im Schleifkontakt mit den Fahrdräh ten befindlichen Schleifleisten übertragen. Die federnde Ab stützung kann durch linear geführte Federtöpfe zwischen Wip penkasten und Schleifleisten gebildet sein. Des Weiteren kön nen am Wippenkasten Blattfedern angebracht sein, die bei spielsweise seitlich abstehen können und auf die sich die Schleifleisten abstützen. Es kommt so zwar neben der Verti kalbewegung auch zu einer seitlichen Verschiebung beim Einfe dern, diese ist aufgrund des geringen Federwegs von bei spielsweise 30 mm funktionell vernachlässigbar. Des Weiteren können die Querbalken des Wippenkastens federelastisch bieg bar ausgebildet sein, so dass die Schleifleisten durch Ab stützung an den Seitenstreben eine Federbewegung durch Ver biegen der Querbalken ausführen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Stromabnehmers ist eine Drehbewegung der Quer balken um die Drehachsen der Drehgelenke der Mittelstrebe durch Begrenzungsmittel begrenzt. Durch die Begrenzung der Drehbewegung, also dem maximal erlaubten Drehwinkel der Quer balken aus der Horizontalen, wird die mögliche Höhendifferenz zwischen den Schleifleisten der beiden Kontaktpole begrenzt. Die Einstellung des zulässigen Höhenunterschiedes zwischen den Kontaktpolen kann direkt in die Wippenanordnung und dort an verschiedene Stellen verlagert werden. Die Begrenzungsmit tel können als mechanische Anschlagelemente ausgebildet sein, gegen die ein oder beide Querbalken bei Erreichen des maxima len Drehwinkels anschlagen. Ebenso können die Begrenzungsmit tel in ein oder mehrere der sechs Drehgelenke des Wippenkas tens integriert sein. Aus Redundanzgründen kann auch eine Kombination der genannten Begrenzungsmittel gewählt werden. Mit den erfindungsgemäßen Stromabnehmer ist so eine einfache, direkte und robuster Einstellung der erlaubten Höhendifferenz möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Stromabnehmers weist die Wippenanordnung einen Schutzbügel auf, der derart angeordnet und geformt ist, dass ein Eintauchen eines Fahrdrahtes in einen Zwischenraum zwi schen den beiden Kontaktpolen unterhalb einer Schleifleiste verhindert wird. Der Schutzbügel kann an seinen Enden über je ein Bügelgelenk am Wippenkasten oder an den Schleifleisten oder an Ablaufhörnern derart montiert sein, dass er bei allen Höhendifferenzen die Lücke zwischen den beiden Schleifleisten der Kontaktpole überbrückt. Alternativ kann der Schutzbügel durch die inneren Ablaufhörner selbst gebildet sein, wenn diese Ablaufhörner der beiden Kontaktpole in allen Vertikal stellungen der Schleifleisten ausreichend überlappen. Damit wird verhindert, dass ein Fahrdraht, der bei einem Lenkmanö ver des Straßenfahrzeugs ein Kohlestück einer Schleifleiste in Richtung Fahrzeugmitte verlässt, aufgrund des Aufrichtmo ments des Hubantriebs im Zwischenraum zwischen den Kontaktpo len unterhalb einer Schleifleiste gerät. Ein derartiges Ein fädeln eines Fahrdrahtes kann zu Beschädigungen an Stromab nehmer und Oberleitungsanlage und dadurch bedingten Folgeun fällen auf der Fahrbahn führen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Stromabnehmers trägt die Wippenanordnung je Kon taktpol nur eine Schleifleiste. Im Vergleich zu den üblichen, zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Schleif leisten für jeden Kontaktpol vereinfacht dies den erfindungs gemäßen Stromabnehmer weiter, was Bauteil- und Montagekosten verringert. Die Kuppelstange kann dabei durch ein Linearge lenk verlängerbar sein, um die Stellung der sonst vertikal ausgerichteten Parallelogrammebene des Wippenkastens bei ge genüber der Fahrbahn ansteigenden oder abfallenden Fahrdräh ten oder bei Nickbewegungen des Straßenfahrzeugs anpassen zu können.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Straßenfahrzeug mit einem elektrischen oder hybridelektrischen Antrieb sowie mit einem Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs beispiels anhand der Zeichnungen, in deren

FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Stromabnehmers,

FIG 2 der Stromabnehmer aus FIG 1 bei Vorliegen einer Hö hendifferenz zwischen den Schleifleisten,

FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Stromabnehmers mit Begrenzungselementen,

FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Stromabnehmers mit Blattfedern,

FIG 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Stromabnehmers mit biegeelastischen Querbal ken,

FIG 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Stromabnehmers mit Schutzbügel,

FIG 7 der Stromabnehmer aus FIG 6 bei Vorliegen einer Hö hendifferenz zwischen den Schleifleisten, FIG 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Stromabnehmers mit anderem Schutzbügel und FIG 9 der Stromabnehmer aus FIG 8 bei Vorliegen einer Hö hendifferenz zwischen den Schleifleisten schematisch veranschaulicht sind.

Gemäß FIG 1 ist ein Straßenfahrzeug 1 mit einem Stromabnehmer 2 zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer zweipoligen, als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte 3 aufweisen den Oberleitungsanlage ausgestattet. Das Straßenfahrzeug 1 kann ein schweres Nutzfahrzeug, etwa ein Sattelzugmaschine oder ein Bus, sein weist einen elektrischen oder hybrid elektrischen Traktionsantrieb auf. Vom Straßenfahrzeug 1 ist lediglich eine mit dessen Fahrgestell verbundene Stelle ange deutet, an der sich der Stromabnehmer 2 abstützt. Von der Oberleitungsanlage sind lediglich die beiden Fahrdrähte 3 ge zeigt, welche über Hänger an Tragseilen oberhalb des elektri fizierten Fahrstreifens einer vom Straßenfahrzeug 1 befahre nen Fahrbahn verlaufen.

Der Stromabnehmer 2 umfasst ein gelenkiges Traggestänge 4, das als pantographenartige Halbschere ausgebildet ist und ei nen sich über ein Basisgelenk 5 am Straßenfahrzeug 1 abstüt zenden Unterarm 6 sowie einen mit diesem über ein Kniegelenk 7 verbundenen Oberarm 8 aufweist. Eine Zugstange 9 verbindet gelenkig das fahrzeugseitige Ende des Oberarms 8 mit dem Straßenfahrzeug 1 oder mit einem damit verbundenen Grundrah men des Stromabnehmers 2. Eine Kuppelstange 10 ist gelenkig mit dem Unterarm 6 verbunden. Das beschriebene Traggestänge 4 ist in FIG 1 aus Darstellungsgründen in einer Seitenansicht gezeigt, eine Fahrzeuglängsachse würde sich hier also für diesen Figurenteil von rechts nach links erstrecken.

Die vom Traggestänge 4 fahrdrahtseitig getragene Wippenanord nung 11 ist in FIG 1 aus Darstellungsgründen jedoch in einer Frontansicht gezeigt, eine Fahrzeuglängsachse würde sich für diesen Figurenteil daher senkrecht zur Zeichnungsebene er strecken. Die Wippenanordnung 11 trägt je Kontaktpol nur eine Schleifleiste 12, welche parallel zueinander und quer zur Fahrzeuglängsachse liegen. Jede Schleifleiste 12 umfasst ein längliches Kohlestück mit einer nach oben gewandten Kontakt fläche, welche zur Energieübertragung während der Fahrt vom Fahrdraht 3 beschliffen wird, und an ihren Enden je ein nach unten gebogenes Ablaufhorn 13.

Die Wippenanordnung 11 weist einen Wippenkasten 14 mit einem oberen Querbalken 15 und einem unteren Querbalken 16 auf, die zueinander parallel oder annähernd parallel angeordnet sind. Der obere Querbalken 15 ist mit dem unteren Querbalken 16 mittig durch eine Mittelstrebe 17 und an den Enden durch je weils eine Seitenstrebe 18 verbunden. Mittelstrebe 17 und Seitenstreben 18 sind zueinander parallel oder annähernd pa rallel angeordnet und weisen an den sechs Verbindungsstellen Drehgelenke 19 mit jeweils einem Rotationsfreiheitsgrad R auf. Die sechs Drehachsen verlaufen zueinander parallel, in FIG 1 senkrecht auf der Zeichnungsebene, so dass der Wippen kasten 14 ein Parallelogramm oder annähernd ein Parallelo gramm definiert. Die Mittelstrebe 17 ist mit dem Oberarm 8 über ein Wippengelenk 20 und mit der Kuppelstange 10 über ein Kuppelgelenk 21 verbunden, was eine Drehbewegung der Paralle logrammebene des Wippenkastens 14 relativ zu Oberarm 8 und Kuppelstange 10 ermöglicht. Die Drehachsen des Wippengelenks 20, des Kuppelgelenks 21, des Kniegelenks 7 und des Basisge lenks 5 verlaufenden dabei zueinander und zur Fahrzeugquer achse parallel.

Der Stromabnehmer 2 umfasst ferner einen beispielsweise als Luftbalg ausgebildeten Hubantrieb 22, der zum Beispiel über einen Balghebel 23 derart mit dem Traggestänge 4 gekoppelt ist, dass die Schleifleisten 12 aus einer unteren Ablageposi tion in einer obere Kontaktposition anhebbar sind. Das Trag gestänge 4 bildet dabei eine Parallelführung für den Wippen kasten 14, so dass seine Parallelogrammebene beim Anheben und Absenken der Wippenanordnung 11 stets vertikal ausgerichtet bleibt.

Die Schleifleisten 12 der beiden Kontaktpole stützen sich symmetrisch zur Mittelstrebe 17 und damit symmetrisch zum Oberarm 8 des Traggestänges 4 auf den Seitenstreben 16 des Wippenkastens 14 ab. Die Schleifleisten 12 können sich auf grund der Parallelogrammmechanik des Wippenkastens 14 verti kal bewegen und sich damit gemäß FIG 2 an Höhendifferenzen Ah zwischen den Fahrdrähten 3 anpassen. Hierzu drehen sich die Querbalken 15, 16 jeweils um einen Drehwinkel gegen die Ho rizontale. Hierdurch wird eine symmetrische Einleitung der Kontaktkräfte in den Wippenkasten 14 ermöglicht, was zu einer gleichbleibenden Andruckkraft der Schleifleisten 12 beider Kontaktpole unabhängig vom lateralen Kontaktpunkt der Fahr drähte 3 auf den Schleifleisten 12 führt.

Die Drehbewegung der Querbalken 15, 16 um die Drehachsen der Drehgelenke 19 der Mittelstrebe 17 ist gemäß FIG 3 durch Be grenzungsmittel begrenzt. Durch die Begrenzung des Drehwin kels ex, wird die mögliche Höhendifferenz Ah zwischen den Schleifleisten 12 der beiden Kontaktpole begrenzt. Die Be grenzungsmittel können als mechanische Anschlagelemente 24 ausgebildet sein, gegen welche die Querbalken 15, 16 bei Er reichen des maximalen Drehwinkels anschlagen.

Die Schleifleisten 12 stützen sich am Wippenkasten federnd ab, um die Stoßbelastung bei der Kontaktherstellung zwischen Schleifleisten 12 und Fahrdrähten 6 zu vermindern und dadurch das Risiko von Abplatzungen oder Ausbrüchen aus den Kohlestü cken der Schleifleisten 12 beim Andrahten zu verringern. Die federnde Abstützung kann gemäß FIG 1 bis FIG 3 sowie FIG 6 bis FIG 9 durch linear geführte Federtöpfe 25 zwischen Wip penkasten 14 und Schleifleisten 12 gebildet sein. Gemäß FIG 4 können am Wippenkasten 14 auch seitlich abstehende Blattfe dern 26 angebracht sein, auf die sich die Schleifleisten 12 abstützen. Gemäß FIG 5 können die Querbalken 15, 16 des Wip penkastens 14 auch federelastisch biegbar ausgebildet sein, so dass die Schleifleisten 12 durch Abstützung an den Seiten streben 18 eine Federbewegung durch Verbiegen der Querbalken 15, 16 ausführen können. Gemäß FIG 6 bis FIG 9 weist die Wippenanordnung 11 einen

Schutzbügel 27 auf. Der Schutzbügel 27 kann an seinen Enden über je ein Bügelgelenk 28 gemäß FIG 6 und FIG 7 am Wippen kasten 14 oder gemäß FIG 8 und FIG 9 an den Ablaufhörnern 13 der Schleifleisten 12 montiert sein. Der nach oben gewölbte Schutzbügel 27 überbrückt bei allen Höhendifferenzen Ah die Lücke zwischen den beiden Schleifleisten 12. Er verhindert damit ein Eintauchen eines Fahrdrahtes 3 in einen Zwischen raum zwischen den beiden Kontaktpolen unterhalb einer Schleifleiste 12. Damit wird vermieden, dass ein Fahrdraht 3, der bei einem Lenkmanöver des Straßenfahrzeugs 1 das Kohle stück einer Schleifleiste 12 in Richtung Lücke bzw. Zwischen raum verlässt, aufgrund des Aufrichtmoments des Hubantriebs 22 in den Zwischenraum unterhalb einer Schleifleiste 12 ge rät. Damit werden Beschädigungen an Stromabnehmer 2 und Ober- leitungsanlage durch Einfädeln eines Fahrdrahtes 3 in den Zwischenraum vorgebeugt.