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Die Erfindung betrifft eine auf Basis der Änderung von Fluiddrücken arbeitende Be- triebsüberwachungsanordnung für auf absenkbaren Stromabnehmervorrichtungen befindliche Schleifstücke von Fahrzeugen, bei der ein Schleifstück aus einem elektrisch leitenden Material über seine gesamte Länge auf einem mit einem Pantographen verbundenen Träger befestigt ist und in dem Träger über die gesamte Länge des Schleifstückes eine Nut für die Aufnahme eines unter Druck stehenden Fluids vorhanden ist und diese Nut auf der dem Schleifstück zugewandten Oberfläche des Trägers offen aber an ihren Enden druckdicht verschlossen ist und bei der die Nut mit einer den Zustand des Druckfluids überwachenden Vorrichtung verbunden ist, die bei vorgege- benen Änderungen des Zustandes des Druckfluids ein Absenken des Pantographen auslöst.
Schleifbügel für Stromabnehmer elektrisch betriebener Fahrzeuge bestehen aus einem oder aus mehreren Schleifstücken oder Schleifleisten, die mittels einer Klemmfassung, durch Löten oder durch Kleben auf einem meist metallischen Träger befestigt sind. Die Schleifstücke bestehen heute überwiegend aus synthetischem Kohlenstoff, der das Betriebsverhalten verbessernde Zusätze, Reaktionsprodukte oder durch Imprägnieren eingebrachte Bestandteile enthalten kann. Zur Über- tragung elektrischer Ströme zwischen relativ zueinander bewegten Leitern werden die Schleifbü- gel, beispielsweise mit einem Pantographen, gegen einen stromführenden Leiter, z. B. den Fahr- draht eines Oberleitungssystems einer elektrischen Bahn gedrückt.
Im laufenden Betrieb und besonders bei den heute gefahrenen hohen Geschwindigkeiten sind die Schleifstücke neben der Reibbeanspruchung in zunehmendem Masse Vibrationen und stossarti- gen Belastungen ausgesetzt. Es ist der Zweck von Betriebsüberwachungsvorrichtungen von Schleifstücken und von Betriebssicherungssystemen an Pantographen ein sofortiges Senken der Stromabnehmervorrichtung zu bewirken, wenn mechanische Schäden am Schleifstück auftreten.
Derartige Vorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Für die vorliegende Erfin- dung ist davon die Gruppe der mit Hilfe eines Fluiddrucks arbeitenden Systeme relevant. In dem Europäischen Patent Nr. 0 078 159 B1 wird eine solche Vorrichtung beschrieben. Im Fuss des Schleifstücks ist bei ihr eine sich über die ganze Länge des Schleifstücks erstreckende Nut vor- handen, in der sich ein mit dem Druck eines Fluids beaufschlagter Gummibehälter befindet, der platzt, wenn er nicht mehr vollständig von den ihn umgebenden und stützenden Wänden der Nut und des Trägers umgeben ist. Der mit dem Platzen des Behälters einhergehende Druckverlust löst über einen Mess- und Regelkreis das Absenken der Stromabnehmervorrichtung aus.
Aus der EP 0 402 666 A2 ist eine Anordnung bekannt, bei der im Fuss des Schleifstücks eine sich über die ganze Länge des Schleifstücks erstreckende Nut vorhanden ist, deren Wände mit einem Harz gegen den Durchtritt von Fluiden abgedichtet ist. In diese Nut ist ein zwischen die Wände der Nut gerade passendes, vorzugsweise metallisches Profil gasdicht so eingeklebt, dass die der offenen Längsseite des Profils gegenüberliegende, geschlossene Seite des Profils dem Träger des Schleifstücks zugewandt ist. Der auf diese Weise entstandene Kanal ist fluiddruckdicht, mit einem Druckmedium beaufschlagt und mit einer Drucküberwachungseinrichtung verbunden, die bei einem z. B. durch einen Riss- oder Bruchschaden am Schleifstück bedingten Druckasbfall über einen Mess- und Regelkreis den Schleifbügel mittels des Pantographen von der Oberleitung trennt.
Durch die DE 38 17 743 C1 ist eine weitere Bruchwächtereinrichtung offenbart, bei der die Wände des in der Kohlenstoffschleifleiste befindlichen Druckkanals entweder aus dem Kohlen- stoffmaterial der Schleifleiste, aus einer auf die Wände des Kanals galvanisch aufgebrachten Kupfer- bzw. einer Metallschicht oder aus pyrolytischem Kohlenstoff bestehen.
Bei allen vorbeschriebenen Lösungen befindet sich der mit einem Druckfluid beaufschlagte Kanal im Kohlenstoffschleifstück in der Grenzzone zum Schleifstückträger und der unter Druck stehende Kanal ist weitgehend fluiddicht. In der DE 39 05 962 C1 ist ein Sicherheitssystem be- schrieben, bei dem mindestens eine der Längsflächen des mit einem Fluid beaufschlagten Hohl- raumes im Schleifbügel eine nicht gegen Fluiddurchtritt abgedichtete Fläche des Kohlenstoff- schleifstücks ist. Der Ansprechpunkt der Drucküberwachungsvorrichtung ist hier auf die durch die Porosität des Kohlenstoffmaterials der Schleifleiste bestimmte Leckrate für das fluide Medium abgestimmt. Bei diesem Sicherheitssystem kann sich die den Fluidkanal bildende Nut auch in dem Träger befinden, auf dem die Kohlenstoffschleifleiste befestigt ist.
Es ist jedoch erforderlich, dass mindestens eine der Längsseiten des Fluidkanals von der Kohlenstoffschleifleiste gebildet ist.
Für bestimmte betriebliche Gegebenheiten, z. B. bei sehr schnell bewegten Fahrzeugen werden
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heute Überwachungssysteme für Schleifleisten gefordert, die nur auf Schleifleistenschäden reagie- ren, die während des Fahrbetriebes schwerwiegende Folgeschäden verursachen und/oder den Fahrbetrieb untragbar gefährden bzw. unmöglich machen würden. Derartige Schäden sind z.B.
Ausbrüche von Teilen von Schleifleisten oder das Lösen ganzer Schleifleisten aus dem Träger.
Kleinere, für das Betriebsgeschehen unbedeutende Schäden, wie z. B. poröse Stellen oder feine Risse im Schleifstück, die durch einige der vorbeschriebenen Ausführungsarten von Überwa- chungssystemen sicher angezeigt werden würden und ein Absenken der Stromabnehmervorrich- tung zur Folge hätten, mithin eine Betriebstörung verursachen würden, sollen nicht mehr erfasst werden.
Der vorliegenden Erfindung lag deshalb das technische Problem zugrunde, eine Überwa- chungsanordnung für Schleifstücke von Stromabnehmervorrichtungen zu schaffen, die ausschliess- lich solche Schäden erfasst, die für den Betrieb der Stromabnehmervorrichtung unmittelbar kritisch sind, die leicht und wirtschaftlich herstellbar ist und die zusätzlich entweder die Abnutzungshöhe des Schleifstücks zu vergrössern oder die Bauhöhe der Schleifstücke zu reduzieren gestattet.
Das Problem wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die dem Schleifstück zugewandte Öffnung der Nut mit einem elastischen Medium verschlossen ist, dass das Schleifstück über die gesamte Länge der Öffnung an dem Verschluss anliegt und dass dieser Kontakt druckbelastet ist, dass im Inneren der Nut ein Fluiddruck aufrecht erhalten wird, der auf das Vorhandensein eines bestimmten, für ein betriebsfähiges Schleifstück charakteristischen Gegendrucks abgestimmt ist und dass bei Unterschreiten dieses Gegendrucks durch druckbedingte Zerstörung des Verschlus- ses ein Freisetzen von Druckfluid erfolgt und ein Absenken der Stromabnehmervorrichtung bewirkt wird.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, dass der Druckkanal keine direkte Verbindung zum Schleifstück hat. Er ist gegen das Schleifstück durch ein mindestens teilweise elastisches oder plastisches Medium abgedichtet. Dieses Dichtungsmaterial liegt an dem Schleifstück an und wird durch den im Druckkanal herrschenden Druck gegen das Schleifstück, das durch Festklemmen, Löten oder vorzugsweise durch Kleben auf der Schleifleiste befestigt ist, gepresst. Es ist auch möglich, dass die Schleifleiste beim Befestigen auf dem Träger zunächst auf die etwas über die Oberkante der Nut herausstehende Dichtung gedrückt wird und dieser Kontakt im Betrieb zusätz- lich durch das Druckfluid mit Druck belastet wird.
Wenn dann ein Schaden eintritt, der den Betrieb der Schleifleiste an irgend einer Stelle aus Gründen der Betriebssicherheit unmöglich macht, sei es, dass ein Stück der Schleifleiste ausbricht oder sich die Schleifleiste vom Träger löst, fällt der auf die Dichtung des Druckkanals wirkende Gegendruck fort und sie wird durch den im Druckkanal herrschenden Betriebsdruck nach oben aus ihrem Dichtungssitz herausgepresst oder von der Dichtfläche des Kanals weggedrückt, so dass es zum Ausblasen von Druckfluid kommt. Die mit diesem Ausblasen verbundenen Effekte werden dann von der Mess- und Regeleinrichtung in ein Absenken des Pantographens umgesetzt. Die angewandten Betriebsdrücke im Druckkanal hängen von den technischen Gegebenheiten der Schleifleistenanordnung, insbesondere der Festigkeit der Schleifleiste und deren Befestigung auf dem Träger ab.
Sie liegen im allgemeinen im Bereich von 2 bis 6 bar.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem Schleifstück zugewandte Öff- nung der Nut eine Breite im Bereich von 0,5 bis 5 mm aufweist. Gemäss der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass die Öffnungszone der Nut als Engstelle ausgebildet ist und der unter der Öff- nungszone befindliche Teil der Nut gegenüber der Öffnungszone erweitert ist.
Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der die Nut enthaltende Teil des Trägers in Form einer Längs- rippe aus der dem Schleifstück zugekehrten Oberfläche des Trägers mindestens zum Teil heraus- ragt und dass im korrespondierenden Schleifstück eine der Längsrippe entsprechende Nut vorhan- den ist, die jedoch um einen passenden Raum für die Aufnahme des Teils des die Öffnung der Nut verschliessenden und ausserhalb der Nut befindlichen und am Schleifstück anliegenden elastischen Verschlussmediums vergrössert ist. Bei dieser Ausführungsform ragt ein Teil des die Nut enthalten- den Bereichs des Trägers in Form einer nach oben offenen Längsleiste über die Fläche des Trä- gers hinaus, auf der die Schleifleiste, gegebenenfalls über eine Zwischenschicht aus Befesti- gungsmittel, aufliegt.
Die Schleifleiste weist in diesem Fall eine komplementäre Längsnut auf, die gegebenenfalls um einen gewissen Betrag für die Aufnahme von Dichtungsmaterial, das über die Öffnungszone der Nut übersteht, vergrössert ist. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist
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die Betriebsüberwachungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifstück auf der dem Träger zugewandten Oberfläche keine Nut für die Aufnahme von Teilen des elastischen Dich- tungsmediums hat und dass sich die Aufnahmen und Halterungen für das elastische Dichtungsme- dium auf dem oder im Träger befinden. Bei dieser Ausrührungsform ist der die Nut enthaltende Bereich so in dem Träger angebracht, dass der Öffnungsbereich der Nut gerade nicht mehr über die Fläche des Trägers hinaussteht, auf der die Schleifleiste befestigt wird.
Es muss bei dieser Lösung konstruktiv dafür Sorge getragen werden, dass die die Nut verschliessende Dichtung mit der Schleif- leiste in Druckkontakt steht. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung der Nut durch ein fliessfähiges, in den Öffnungsbereich eingebrachtes und sich dann verfestigendes elastisches Medium verschlossen. Dies kann, den Gegebenheiten der jeweiligen Ausführungsform entsprechend, vor oder nach der Befestigung der Schleifleiste auf dem Träger geschehen.
Erfindungsgemäss ist die Öffnung der Nut durch einen Pfropfen oder die Nut durch eine ihre Öffnung überdeckende Flachdichtung verschlossen. Dabei ist es möglich, die Öffnung der Nut durch Anpressen dieser Dichtung durch eine Schleifleiste, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Ankleben der Dichtung an den Flächen, die den Öffnungsbereich der Nut flankieren, zu verschlie- #en.
Zum Abdichten der Nut können alle Dichtungsmedien verwendet werden, die den Ansprüchen des beschriebenen Anwendungsfalles entsprechen. Bevorzugt finden dafür giess- und spritzfähige Massen aus der Gruppe der synthetischen und natürlichen Elastomere und besonders bevorzugt der Siliconelastomere Verwendung. Je nach Anwendungsfall können diese Massen Füllstoffe, Härter, Stabilisatoren, Weichmacher etc. enthalten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Häufig sind diese Mittel bereits Bestandteil der im Handel erhältlichen Dichtmassenformulie- rungen. Als Alternativen für die genannten Dichtmittel stehen Thermoplaste zur Verfügung, und hier besonders solche, die durch Weichmacherzusatz elastische Eigenschaften erhalten haben.
Desweiteren können auch vergiess- und härtbare Duromere ohne und mit einem Gehalt an zusätz- lichen Füll- und Hilfsstoffen der vorgenannten Art und sogar Metalle eingesetzt werden. Letztere können in Form dünner, als Dichtungslage aufgeklebter oder galvanisch aufgebrachter Folien verwendet werden. Das Arbeiten mit Metalldichtungen dieser Art ist aber wegen der damit verbun- denen, erforderlichen grossen Sorgfalt bei der Herstellung und der Handhabung vergleichsweise aufwendig.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flachdichtung aus einer Folie oder Bahn aus der Gruppe Metalle, Duromere, Elastomere, Thermoplaste gebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht erfindungsgemäss das zum Verschliessen der Öffnung der Nut verwendete elastische Medium aus der Gruppe synthetische oder natürliche Elastomere oder gummiartige Thermoplaste, wobei erfindungsgemäss das verwen- dete elastische Medium auch aus der Gruppe der Siliconelastomere bestehen kann.
Erfindungsgemäss ist ferner vorgesehen, dass die Nut unterhalb ihres längsverlaufenden Öff- nungsteiles einen runden orthogonalen oder polygonalen Querschnitt aufweist, wobei festgehalten wird, dass der Querschnitt des Druckkanals der Nut unterhalb des die Öffnung bildenden Schlitzes alle formungs- und funktionstechnisch sinnvollen Formen haben kann. Wenn im Träger ein Druck- kanal mit versenktem Öffnungsbereich vorgesehen ist, weist in vorteilhafter Weise die Schleifleiste eine der Vertiefung im Träger komplementäre Längsleiste oder-Rippe auf. Auch hier ist dem Erfordernis eines Druckkontakts zwischen Schleifleiste und dem die Nut verschliessenden Dich- tungsmedium Rechnung zu tragen.
Der Druckkanal kann in unterschiedlicher Form ausgebildet sein. Er kann die Form einer nach oben offenen, allerdings im betriebsfertigen Zustand oben mit Dichtungsmedium verschlossenen Längsnut haben. Um ein ausreichendes Puffervolumen für das Druckfluid zu erreichen, ist die Nut vorteilhafterweise zur nach oben weisenden langgestreckten Öffnung hin verengt, so dass sich im Querschnitt eine Art Flaschenhalsform ergibt.
Die Vorteile der Erfindung sind:
Die geschaffene Betriebsüberwachungsanordnung ist robust. Sie spricht nur auf betriebswich- tige Schäden an.
Die Betriebsüberwachungsanordnung ist leicht und ohne grossen Aufwand herstellbar. Das Schleifstück, das erfindungsgemäss aus Kohlenstoff bestellt, kann entweder ohne weitere Bearbei- tungsschritte wie Einarbeiten und Abdichten eines Fluiddruckkanals bzw. nach blossem Einarbeiten
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einer Längsnut geringer Tiefe auf dem Träger befestigt werden.
Die Nut für den Druckkanal kann beim Formgeben des Trägerprofils, das vorzugsweise aus Aluminium besteht, ohne umfangreichere Nachbearbeitungsschritte preiswert eingeformt werden.
Ein Merkmal der Erfindung besteht auch darin, dass ein Schleifbügel als Teil der Betriebsüber- wachungsanordnung eingesetzt ist.
Durch Verlagerung des Druckkanals in dem Träger wird das Gewicht und die Bauhöhe des aus Träger und Schleifleiste bestehenden Schleifbügels und damit dessen Luftwiderstand verringert.
Diese technische Lösung bietet wegen der damit verbundenen Materialeinsparung auch Kosten- vorteile. Andererseits kann die Standzeit der Schleifleiste im Betrieb erhöht werden, wenn man ihre ursprüngliche Höhe belässt und das durch den Wegfall des Druckkanals gewonnene Materialvolu- men für den durch den Fahrbetrieb bedingten Abrieb nutzt.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand von Figuren erläutert, die Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisiert wiedergeben. Es zeigen : 1 eine Seitenansicht des Schleifbügels im Vertikalschnitt durch den Druckkanal, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schleifbügel, die Fig. 3 bis 6 Ausbildungen erfindungsgemässer Druckkanäle mit Verschlüssen im Detail.
In Fig. 1 ist ein Schleifbügel 1, der aus einem Schleifleistenträger 2 und einer auf diesem be- festigten Schleifleiste 3 besteht, wiedergegeben. Desweiteren sind der Druckkanal 4 und die mit dem Druckkanal 4 druckdicht verbundene Anschlussleitung 5, die zu einer nicht dargestellten Mess- und Regelvorrichtung nach dem Stand der Technik für die Steuerung des Pantographen führt, veranschaulicht. Der Druckkanal 4 ist Teil des Trägers 2 und befindet sich ausschliesslich im Träger 2. Er ist an einer Stirnseite mit einem Pfropfen oder einer Verschraubung druckdicht verschlossen.
An der anderen Stirnseite befindet sich der ebenfalls druckdichte Anschluss an die Verbindungslei- tung 5, die zur Mess- und Regelvorrichtung führt. Der Anschluss an eine Verbindungsleitung 5 ist bei Druckkanälen 4 nach der Erfindung nicht auf eine der Stirnseiten des Druckkanals 4 beschränkt.
So kann sich hier, ausser in der die Öffnung 8 des Druckkanals 4 tragenden Zone auch an einer beliebigen anderen Stelle des Druckkanals befinden. Auf der der Schleifleiste 3 zugekehrten Seite ist der Druckkanal 4 über seine ganze Länge mit einem Verschluss 6 aus einem Siliconelastomeren gegen das Schleifstück 3 abgedichtet. Die Schleifleiste 3, die in üblicher Weise, z.B. mittels einer elektrisch leitfähigen und hier nicht sichtbaren, ausgehärteten Kleberschicht auf dem Träger 2 befestigt ist, steht mit dem Siliconelastomerverschluss 6 unter mechanischem Druck in Kontakt.
Die Querschnittsansicht der Fig. 2 zeigt die auf dem Träger 2 mittels einer Kleberschicht 7 be- festigte Schleifleiste 3. Im Unterschied zu den Darstellungen in den Fig. 1, 5 und 6 ist der Druckka- nal 4 nicht vollständig im Profil des Trägers 2 untergebracht. Es ragt eine leisten- oder rippenförmi- ge Erhebung 10 über den Boden des Schleifleistenträgers 2 hinaus, worin die Öffnung 8 des Druckkanals 4 enthalten ist. Die Schleifleiste 3 hat eine dieser Leiste oder Rippe 10 komplementä- re Nut 9, die um einen kleinen Raum 11zur Aufnahme von den Druckkanal 4 verschliessendem Dichtungselastomer 6 erweitert ist.
Fig. 3 veranschaulicht die erfindungswesentlichen Details der Darstellung von Fig. 2 in einer Ausschnittswiedergabe. Es ist zusätzlich zu erkennen, dass die Dichtungsmasse 6 in die Aufrau- hungen der Schleifleiste 3 eingepresst ist.
Fig. 4 zeigt eine Fig. 3 bezüglich der Lage des Druckkanals 4 und dessen Öffnung 8 entspre- chende Ausführungsform. Im vorliegenden Fall ist die Öffnung 8 des Druckkanals 4 jedoch durch einen aufgelegten Pfropfen 12 aus einem Elastomer in Form eines teilweise in die Öffnung 8 eingreifenden und gegen die oberen Begrenzungen der Öffnung 8 gepressten langgestreckten, leistenförmigen Keils 12 druckdicht verschlossen. Die den Druckkanal 4 bildende Nut hat hier einen weitgehend orthogonalen Querschnitt.
In Fig. 5 ist ein Druckkanal 4 runden Querschnitts, dessen Öffnungsbereich 8 mit der Oberseite des Trägers 2 bündig abschliesst, wiedergegeben. Der die Öffnung 8 der Nut 4 verschliessende Pfropfen 12 ist eingegossen oder eingepresst. Er durchdringt in der Zone oberhalb der Öffnung 8 die Kleberschicht 7 und steht dadurch im Druckkontakt mit der Schleifleiste 3.
Fig. 6 zeigt ebenfalls einen in allen Bereichen im Träger 2 befindlichen Druckkanal 4. Die Nut 4 hat polygonale Form. Der Verschluss der Nut 4 wird durch eine aufgelegte Flachdichtung 14 be- wirkt. Damit bei der Montage ein einwandfreier Sitz der Dichtung 14 sichergestellt ist, ist an der Oberseite des Trägers 2 entlang des Öffnungsbereichs 8 der Nut 4 eine Vertiefung 13 vorgesehen.
Die Flachdichtung 14 ist so bemessen, dass sie zwischen der Öffnung 8 der Nut 4 und dem Schleif-
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stück 3 unter Druck steht.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Auf Basis der Änderung von Fluiddrücken arbeitende Betriebsüberwachungsanordnung für auf absenkbaren Stromabnehmervorrichtungen befindliche Schleifstücke von Fahrzeugen, bei der ein Schleifstück aus einem elektrisch leitenden Material über seine gesamte Länge auf einem mit einem Pantographen verbundenen Träger befestigt ist und in dem Träger über die gesamte Länge des Schleifstücks eine Nut für die Aufnahme eines unter Druck stehenden Fluids vorhanden ist und diese Nut auf der dem Schleifstück zugewandten
Oberfläche des Trägers offen aber an ihren Enden druckdicht verschlossen ist und bei der die Nut mit einer den Zustand des Druckfluids überwachenden Vorrichtung verbunden ist, die bei vorgegebenen Änderungen des Zustands des Druckfluids ein Absenken des Pan- tographen auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schleifstück (3)
zugewandte Öffnung (8) der Nut (4) mit einem elastischen Medium verschlossen ist, dass das Schleif- stück (3) über die gesamte Länge der Öffnung (8) an dem Verscluss (6) anliegt und dass dieser Kontakt druckbelastet ist, dass im Inneren der Nut (4) ein Fluiddruck aufrechterhalten wird, der auf das Vorhandensein eines bestimmten, für ein betriebsfähiges Schleifstück (3) charakteristischen Gegendrucks abgestimmt ist und dass bei Unterschreiten dieses Ge- gendrucks durch druckbedingte Zerstörung des Verschlusses (6) ein Freisetzen von
Druckfluid erfolgt und ein Absenken der Stromabnehmervorrichtung bewirkt wird.