Schleifleiste

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifleiste für eine mit Vorspannung gegen einen Fahrdraht anliegende Gleitkontakteinrichtung, insbesondere zur Stromversorgung von Schienenfahrzeugen, mit einem Kohlenstoff-Formkörper und zumindest einer in dem Kohlen- stoff-Formkörper angeordneten, metallischen Leiteinrichtung zur Ausbildung einer lokal erhöhten elektrischen Leitfähigkeit. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schleifleiste.

Zur Stromversorgung von schienengebundenen, mit Elektromotoren betriebenen Fahrzeugen werden Gleitkontakteinrichtungen verwendet, die fachtermino logisch auch als„Pantographen" bezeichnet werden und mit einer Schleifleiste versehen sind, die als Verschleißteil vermittels einer von dem Pantographen erzeugten Vorspannkraft gegen einen

Fahrstromleiter (Fahrdraht) gedrückt werden und durch Ausbildung eines Gleitkontakts eine Stromzuführung während der Fahrt des Fahrzeuges ermöglichen. Um auch während des dynamischen Fahrbetriebs von derartigen schienengebundenen Fahrzeugen eine möglichst kontinuierliche Aufrechterhaltung des Gleitkontakts zwischen der Schleifleiste und dem Fahrdraht zu ermöglichen, ist es bekanntermaßen von Vorteil, die Massenträgheits- kräfte des Pantographen, die wesentlich durch die Masse des Schleifstücks mitbestimmt werden, möglichst gering zu halten. Gleichzeitig ist es für einen effektiven Betrieb der mit Elektromotoren betriebenen Fahrzeuge notwendig, für eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise einen niedrigen elektrischen Widerstand der Schleif- leiste zu sorgen. Aus diesem Grund hat sich eine Metallimprägnierung des porösen Kohlenstoffs als nicht befriedigend erwiesen, da eine hierdurch erzielte gute elektrische Leitfähigkeit einhergeht mit einer an sich nicht erwünschten Erhöhung der Masse der Schleifleiste aufgrund des durch die Imprägnierung ausgebildeten Metallanteils in der Schleifleiste. Ausgehend von diesem Stand der Technik wurde daher bereits in der

EP 1 491 385 A I vorgeschlagen, Maßnahmen zu ergreifen, die bei einer möglichst niedrigen Dichte, also einer entsprechend geringen Masse der Schleifleiste, die gleichzeitige Ausbildung eines niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands der Schleifleiste, also einer guten elektrischen Leitfähigkeit, ermöglicht.

Als Lösung hierzu wird in der EP 1 491 385 AI vorgeschlagen, Schleifleisten basierend auf einem Materialverbund herzustellen, der einen Lagenaufbau aus Kohlenstofflagen aufweist, zwischen denen jeweils metallische Gittergewebe angeordnet sind, die sich in einer Ebene quer zur Gleitrichtung der Schleifleiste und in Vorspannrichtung der durch die Gleitkontakteinrichtung auf die Schleifleiste wirkenden Vorspannkraft erstrecken.

Aufgrund des vorstehend wiedergegebenen Lagenaufbaus der bekannten Schleifleiste erweist sich deren Herstellung als relativ aufwendig, da zunächst einzelne Kohlenstoff-Lagen hergestellt werden müssen, dann der vorstehend wiedergegebene Lagenaufbau durch Anordnung der Gittergewebe zwischen den einzelnen Kohlenstofflagen hergestellt und erst anschließend ein Verbundkörper oder Kohlenstoff-Formkörper hergestellt werden kann, der in seiner Gesamtheit die Schleifleiste ausbildet. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schleifleiste sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifleiste vorzuschlagen, die beziehungsweise das eine vereinfachte Herstellung einer Schleifleiste ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Schleifleiste die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schleifleiste weist die Merkmale des Anspruchs 12 auf.

Bei der erfindungsgemäßen Schleifleiste weist die Leiteinrichtung zumindest eine sich in einer Ebene quer zur Gleitrichtung und in Rich- tung der Vorspannkraft erstreckende Leitschicht auf, die durch eine an zumindest einer Flanke eines sich quer zur Gleitrichtung im Kohlenstoff-Formkörper erstreckenden Schlitzes angeordnete Schicht eines metallischen Leitmaterials gebildet ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schleifleiste ist es möglich, die Schleifleiste ausgehend von einem einstückig ausgebildeten Kohlenstoff-Formkörper herzustellen, der zur Definition der gewünschten Orientierung der Leiteinrichtung im Kohlenstoff-Formkörper Schlitze aufweist. Die Ausbildung der Leiteinrichtung selbst als Leitschicht ermöglicht eine einfache Erzeugung der lokal erhöhten elektrischen Leitfähigkeit im Kohlensto ff-Formkörper durch Ausbildung eines Schlitzes im Kohlensto ff-Formkörper, der zumindest eine Flanke aufweist, die mit einer Schicht aus einem metallischen Leitmaterial versehen ist.

Hierdurch wird eine S chleifleiste ermöglicht, deren Herstellung ohne die Erzeugung eines Lagenverbunds erfo lgen kann. Vielmehr erfo lgt die räumlich definierte Anordnung der Leiteinrichtung allein durch die Ausbildung des Schlitzes oder mehrerer Schlitze im Kohlensto ffformkörper. Zur Erzeugung der Leiteinrichtung selbst ist es dann lediglich noch notwendig, eine durch den Schlitz definierte Flanke mit einer Schicht aus einem metallischen Leitmaterial zu versehen.

Vorzugsweise ist der Schlitz zwischen kontinuierlich ausgebildeten, sich in Gleitrichtung erstreckenden Stirnrändern des Kohlenstoff- Formkörpers ausgebildet, so dass der Kohlenstoff-Formkörper während des gesamten Herstellungsvorgangs einstückig ausgebildet bleiben kann.

Die Leitschicht kann in ihrer einfachsten Ausführungsform beispielsweise durch eine Imprägnierung der Schlitzflanke mit einem metallischen Leitmaterial erfolgen, so dass der Schlitz selbst frei bleibt. Hieraus ergeben sich insbesondere zusätzliche vorteilhafte Effekte, da der Schlitz für eine verbesserte Wärmeabfuhr aus der Schleifleiste im Betrieb sorgt, so dass auch bei hohen Strömen eine übermäßige Erwärmung der Schleifleiste vermieden werden kann.

Die vorteilhafte Ausbildung einer Leitschicht basierend auf einem im Kohlenstoff-Formkörper ausgebildeten Schlitz ermöglicht es auch, die Leitschicht durch eine Beschichtung, also einen Oberflächenauftrag eines metallischen Leitmaterials auf die Flanke des Schlitzes auszubilden.

Insbesondere hinsichtlich einer einfachen Herstellung der Schleifleiste erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leitschicht durch eine Verfül- lung des Schlitzes mit einem metallischen Leitmaterial ausgebildet ist, da somit beispielsweise die Möglichkeit besteht, die Leitschicht durch ein Eintauchen des mit Schlitzen versehenen Kohlenstoff-Formkörpers in ein metallisches Bad herzustellen.

Um eine Leitschicht zu erzeugen, die eine besonders gute Leitfähigkeit aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die metallische Leitschicht im wesentlichen aus Aluminium oder Kupfer gebildet ist. Besonders vorteilhaft hinsichtlich einer kontinuierlichen Ausbildung erhöhter elektrischer Leitfähigkeit in der Schleifleiste ist es, wenn der Schlitz im Kohlenstoff-Formkörper in Richtung der Vorspannkraft durchgehend ausgebildet ist. Um eine größere Kontaktfläche zwischen dem Fahrdraht und dem Leitmaterial zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Kohlenstoff- Formkörper eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Kohlenstoff- Formkörpers verlaufenden Schlitzen aufweist.

Wenn der Kohlensto ff-Formkörper eine Mehrzahl von Schlitzreihen mit jeweils einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Kohlensto ff- Formkörpers verlaufenden Schlitzen aufweist, könne die einzelnen Schlitze mit relativ kurzen Längen ausgeführt sein.

Alternativ kann der Kohlenstoff-Formkörper eine Mehrzahl von diagonal zur Längsrichtung des Kohlenstoff-Formkörpers verlaufenden und parallel angeordneten Schlitzen aufweisen.

Wenn die Schleifleiste aus einer Mehrzahl von Schleifleistenteilstücken zusammengesetzt ist, die zur Ausbildung von in Gleitrichtung einander überdeckenden Teilstückenden zur Gleitrichtung schräg verlaufende Stirnränder aufweisen, können zur Herstellung von Schleifleisten relativ kleine Autoklaven verwendet werden, deren länge zur Herstellung der Schleifleistenteilstücke ausreichend ist, so dass die Anlagenkosten für die Produktion entsprechend gering gehalten werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schleifleiste erfo lgt die Ausbildung der Leiteinrichtung in einem ersten Verfah- rensschritt im Kohlenstoff-Formkörper durch Erzeugung zumindest eines sich quer zur Gleitrichtung und in Richtung der Vorspannkraft erstreckenden Schlitzes und der Ausbildung einer Leitschicht an zumindest einer Flanke des Schlitzes in einem nachfolgenden Verfahrensschritt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Herstellung einer Schleifleiste basierend auf einem Kohlenstoff-Formkörper, so dass zur Herstellung der Schleifleiste lediglich noch die Ausbildung zumindest eines Schlitzes mit nachfo lgender Ausbildung einer Leitschicht an einer Flanke des Schlitzes erfo lgen muss.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Ausbildung der Leitschicht ein metallisches Leitmaterial auf eine Flanke des Schlitzes aufgebracht wird.

Alternativ ist es auch möglich, zur Ausbildung der Leitschicht den Schlitz mit einem metallischen Leitmaterial zu verfüllen. Unabhängig davon, ob die Leitschicht in der Oberfläche der Flanke oder auf der Oberfläche der Flanke ausgebildet ist, oder ob die Leitschicht durch Verfüllung des Schlitzes mit einem metallischen Leiter erfo lgt, kann in einer vorteilhaften Variante die Ausbildung der Leitschicht durch Eintauchen des mit dem zumindest einen Schlitz versehenen

Kohlenstoff-Formkörpers in ein metallisches Bad erfo lgen. Je nachdem, ob der zumindest eine Schlitz dabei durchgängig o ffen gehalten wird, oder ob ein Schlitzflanke dabei abgedeckt wird, ist es möglich, lediglich eine Teiloberfläche des Schlitzes zur Ausbildung der Leiterschicht zu nutzen, oder den Schlitz mit dem metallischen Leiter zu verfüllen. Um die zur Ausbildung einer Leitschicht bestimmten Flächen eindeutig zu definieren, ist es vorteilhaft, den Kohlenstoff-Formkörper mit einer Maskierung zu versehen.

Zur Ausbildung des zumindest einen Schlitzes im Kohlenstoff-Formkörper kann beispielsweise ein abrasives Verfahren verwendet werden, wobei insbesondere die Einbringung des zumindest eines Schlitzes vermittels eines Wasserstrahlschneidverfahrens vorteilhaft ist.

Bevorzugte Ausführungsformen des Schleifstücks sowie bevorzugte Varianten des Verfahrens zur Herstellung eines Schleifstücks werden anhand der Figuren nachfo lgend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Eine mit einer Schleifleiste bestückte Gleitkontakteinrichtung im Betrieb;

Fig. 2 : eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 1 dargestellten

Schleifleiste längs Schnittlinienverlauf II-II in Fig. l ;

Fig. 3 : eine weitere Ausführungsform einer Schleifleiste in Querschnittsdarstellung;

Fig. 4 : noch eine weitere Ausführungsform einer Schleifleiste in

Querschnittsdarstellung;

Fig. 5 : ein zur Herstellung einer Schleifleiste in einem Metallbad angeordneter Kohlenstoff- Formkör er;

Fig. 6 : ein zur Herstellung einer Schleifleiste in einer Befül- lungsstation angeordneter Kohlenstoff-Formköper;

Fig. 7: eine alternative Ausführung einer Befüllungsstation;

Fig. 8 : die alternative Ausführung der Befüllungsstation in

Draufsicht;

Fig. 9 : eine Schleifleiste mit mehreren Schlitzreihen;

Fig.10 : eine Schleifleiste mit diagonal verlaufenden Schlitzen;

Fig.11 : eine aus mehreren Schleifleistenteilstücken zusammengesetzte Schleifleiste.

Fig. 1 zeigt eine Gleitkontakteinrichtung 10, die auf einem Schleifleistenträger 1 1 mit einer Schleifleiste 12 bestückt ist. Die Gleitkontakteinrichtung 10 weist eine Gelenkeinrichtung 13 auf, die den Schleifleistenträger 1 1 mit einer Montagebasis 14 verbindet, die beispielsweise auf einem hier nicht näher dargestellten Triebwagen eines Schienenfahrzeugs angeordnet sein kann. Zur Erzeugung einer Vorspannung, mit der die Schleifleiste 12 federnd gegen einen oberhalb der Schleifleiste 12 längs geführten Fahrdraht 15 andrückbar ist, weist die Gleitkontakteinrichtung 10 ein hier als kombinierte Feder-/Dämpfereinrichtung ausgebildete Andruckeinrichtung 16 auf, die zwischen der Montagebasis 14 und dem Schleifleistenträger 1 1 wirksam ist.

Die in Fig. l dargestellte Schleifleiste 12 besteht aus einem Kohlenstoff-Formkörper 17, der quer zu einer durch die Längserstreckung des Fahrdrahtes 15 definierte Gleitrichtung 1 8 und in Richtung der durch die Andruckeinrichtung 16 auf die S chleifleiste 12 wirkenden Vorspannkraft 19 verlaufende Schlitze 20 aufweist, die mit einem metallischen Leitermaterial 21 , wie beispielsweise einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung, verfüllt sind.

Wie aus der in Fig. 2 dargestellten Schnittansicht der Schleifleiste 12 in Verbindung mit der isometrischen Darstellung der Schleifleiste 12 in der Fig. 1 deutlich wird, erstrecken sich die Schlitze 20 über die gesamte Höhe H der Schleifleiste 12; sind also in Richtung der Vorspannkraft 19 durchgehend im Kohlenstoff-Formköper 17 ausgebildet. In Längsrichtung der Schleifleiste 12, also bezogen auf die Orientierung der Schleif- leiste 12 im Betrieb quer zur Gleitrichtung 1 8 erstrecken sich die Schlitze 20 zwischen durchgehend ausgebildeten Axialstirnrändern 22 , 23 des Kohlenstoff-Formkörpers 17 , so dass die Ausbildung der Schlitze 20 im Kohlenstoff-Formkörper 17 einer einstückigen Ausbildung des Kohlenstoff-Formkörpers 17 nicht entgegensteht. Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, bildet das in den Schlitzen 20 angeordnete metallische Leitermaterial 21 in ihrer räumlichen Orientierung durch die Schlitze 20 vorgegebene Leitschichten 23 aus, die im Fall der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform durch eine vo llständige Ausfüllung der Schlitze 20 mit dem Leitermaterial 2 1 gebildet sind. Fig. 3 zeigt eine Schleifleiste 24 in einer mit Fig. 2 übereinstimmenden Ansicht, die mit Schlitzen 25 versehen ist, welche in ihrer Anordnung und Ausführung den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schlitzen 20 entspricht. Ebenfalls übereinstimmend mit dem anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel der Schleifleiste 12 sind die Schlitze 25 in einem Kohlenstoff-Formkörper 26 angeordnet, der einstückig ausgebildet ist.

Im Unterschied zu der Schleifleiste 12 weist die Schleifleiste 24 Leitschichten 27 auf, die durch eine Imprägnierung von Flanken 28 der Schlitze 25 mit Leitmaterial 29 gebildet sind. Aufgrund dieser Imprägnierung kommt es, wie in Fig. 3 dargestellt, in einer Oberflächenschicht der Flanken 28 bis hin zu einer definierten Eindringtiefe t zur Ausbildung der Leitschichten 27. Abweichend von der Darstellung in Fig. 3 kann es dabei noch zusätzlich zu einem S chichtaufbau auf den Flanken 28 kommen, insbesondere in dem Fall, wenn durch eine in die Oberfläche der Flanken 28 eindringende Imprägnierung ein weiteres Eindringen eines metallischen Leitmaterials in die Oberfläche des Kohlenstoff-Formkörpers 26 blo ckiert ist und dann bei Fortsetzung der Beaufschlagung der Flanken 28 mit Leitermaterial sich ein entsprechender Schichtaufbau auf den Flanken 28 ausbildet.

Fig. 4 zeigt in einer weiteren Ausführungsform eine Schleifleiste 30, die in einem Kohlenstoff-Formkörper 3 1 ausgebildete Schlitze 32 aufweist, die in ihrer Anordnung und Ausbildung den Schlitzen 20 bzw. 25 der Schleifleisten 12 und 24 entsprechen. Im Unterschied zu dem anhand der Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel der Schleifleiste 26 sind Flanken 33 der Schlitze 32 mit Leitschichten 34 versehen, die im Wesentlichen durch eine Abscheidung eines metallischen Leitermaterials 35 auf den Flanken 33 erzeugt sind. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Schleifleisten 12, 25 oder 30 mit Leitschichten 23 , 27 oder 34 stimmen die Leitschichten insoweit überein, als sie im bzw. am Kohlenstoff-Formkörper 17, 26 oder 3 1 in ihren räumlichen Abmessungen und in ihrer Orientierung definierte Schichten ausbilden, die gegenüber der durch den Kohlenstoff-Formkörper definierten Kohlenstoff-Umgebung eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit zur Herstellung der in Fig. 3 dargestellten Schleifleiste 24, bei der der Kohlenstoff-Formkörper 26 mit Ausnahme der Flanken 28 mit einer Oberflächenmaskierung 36 versehen wird und anschließend in ein metallisches Bad 37 eingetaucht wird. Je nach

Eintauchdauer und Zusammensetzung des metallischen Bades 37 bilden sich dann die in Fig. 3 dargestellten Leitschichten 27 bis zu der gewünschten Eindringtiefe t aus.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit zur Herstellung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schleifleiste 12, bei der der Kohlenstoff-Formkörper 17 auf eine Dichtplatte 38 gestellt wird, derart, dass auf einer Unterseite 39 des Kohlenstoff-Formkörpers angeordnete Öffnungsquerschnitte 40 der Schlitze 20 durch die Dichtplatte 38 flüssigkeitsdicht abgedeckt sind, derart, dass sich bei einem nachfo lgenden Auffüllen der Schlitze 20 die Leitschichten 32 ausbildende Scheiben in den Schlitzen 20 ausbilden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Möglichkeit zur Herstellung der in Fig. 4 dargestellten Schleifleiste 30, bei der der Kohlenstoff-Formkörper 3 1 auf einer Dichtplatte 42 angeordnet wird, die mit Kernstegen 43 in die Schlitze 32 derart eingreift, dass zwischen den Kernstegen 43 und den diesen gegenüberliegenden Flanken 33 der Schlitze 32 Füllräume 44 ausgebildet sind, derart, dass nach Befüllen der Füllräume 44 mit dem flüssigen Leitmaterial 35 (Fig. 4) und anschließender Erstarrung des Leitmaterials 35 die in Fig. 4 dargestellten Leitschichten 34 auf den Flanken 33 ausgebildet sind.

Fig. 9 zeigt in Draufsicht eine Schleifleiste 45 mit mehreren, hier parallel zueinander in Längsrichtung eines Kohlenstoff-Formkörpers 46 verlaufenden Schlitzreihen 47, die jeweils vorzugsweise äquidistant angeordnete Schlitze 48 mit Leitmaterial 21 aufweisen. Die Schlitze 48 benachbarter Schlitzreihen 47 sind versetzt zueinander angeordnet, so dass in Gleitrichtung 1 8 eine S chlitzüberdeckung ausgebildet ist.

Fig. 10 zeigt eine Schleifleiste 49 mit diagonal zur Gleitrichtung 1 8 verlaufenden Schlitzen 50, wobei ebenfalls in Gleitrichtung 1 8 eine Schlitzüberdeckung ausgebildet ist.

In Fig. 11 ist eine aus einer Mehrzahl von Schleifleistenteilstücken 5 1 zusammengesetzte Schleifleiste 52 dargestellt, die j eweils schräg zur Gleitrichtung 1 8 verlaufende Stirnränder 53 aufweisen, derart, dass sich Teilstückenden 54 in Gleitrichtung 1 8 überdecken.