Twórcywzoru uzytkowego:573 W 107 321 Wahacz do pantografów pojazdów elektrycznie zasilanych napowietrzna trakcja Wzór uzytkowy dotyczy wahacza do pantografów, stosowanych w pojazdach elektrycznych zasilanych przez napowietrzna trakcje elektryczna, przy czym jest on wykonany jako wahacz ramowy z dwoma slizgaczami, przebiegajacymi wzajemnie do siebie równolegle i poprzecznie do wzdluznej osi pojazdu. W dolnej czesci slizgacze sa polaczone dwoma wzajemnie równoleglymi elementami nosnymi, usytuowanymi w kierunku wzdluznym pojazdu. Za pomoca mocujacego walu wahacz jest polaczony przegubowo z górnym ramieniem lub uchwytem pantografu, przy czym pomiedzy walem a elementami nosnymi wahacza sa przewidziane sprezynujace elementy laczace.Dla bezzaklóceniowej eksploatacji i obnizenia zuzycia pantografu pojazdów napedzanych elektrycznie, wazne jest aby nacisk w punkcie styku2 pomiedzy przewodem trakcji elektrycznej a slizgaczami pantografu utrzymywal sie zawsze na stalym, ustalonym poziomie. Przy jadacym pojezdzie wystepuja zmiany nacisku styku w wyniku statycznych i dynamicznych zmian wysokosci linii napowietrznej oraz w wyniku pionowych ruchów samego pojazdu i zainstalowanego na nim pantografu, które to zmiany moga przybierac znaczne wielkosci. Poniewaz powszechnie wiadomo, ze zmniejszenie masy polepsza wlasciwosci sprezynujace, dazy sie do tego, aby wahacze pantografów konstruowac o mozliwie najmniejszych wymiarach.Dalszym eksploatacyjnym problemem wystepujacym w szczególnosci w sieciach trakcji napowietrznej tramwajów i szybkich kolejkach miejskich, sa miejsca powstawania zaklócen w obszarze przewodu jezdnego, na przyklad przy zepsutym izolatorze sekcyjnym lub uszkodzonym podwieszeniu przewodu jezdnego. W przypadku przejscia takich miejsc powstawania zaklócen przez wahacz, dochodzi nierzadko do uszkodzen slizgaczy lub listew stykowych w calym pantografie lub nawet w calym systemie linii napowietrznej. Unikniecia, lub przy najmniej zmniejszenia tego rodzaju szkód mozna osiagnac dzieki temu, ze wahaczowi pantografu zostanie przyporzadkowany dodatkowy stopien swobody.Wahacz pantografu, który spelnia w pewnym sensie wyzej podane wymagania jest juz znany z opisu patentowego niemieckiego nr 42 19 112 A1. W wahaczu przedstawionym w tym opisie listwy stykowe slizgaczy sa zamocowane na koncach preta pracujacego na sciskanie a pret ten utrzymywany jest na organie nosnym za pomoca dwóch ciegiel, przy3 czym najlepiej jesli ciegla usytuowane sa w kierunku wystepujacych sil wiatru. Ciegnami moga byc przykladowo sprezyny srubowe, plaskie sprezyny faliste lub elastyczne prety pracujace na sciskanie lub tez sztywne prety z elastycznymi podporami. Oprócz swojego stopnia swobody w kierunku pionowym i w kierunku wzdluznym pojazdu, wahacz ma równiez swobode ruchów w kierunku poziomym i poprzecznie do ruchu wzdluznego pojazdu.Wlasnie ten stopien swobody w kierunku poprzecznym jest jednak w wielu przypadkach zastosowan pantografów raczej niepozadany, bowiem w skrajnym przypadku moze prowadzic do bocznego wysuniecia sie wahacza z przewodu jezdnego trakcji elektrycznej, w szczególnosci wtedy, gdy w przypadku opisanego wahacza, sztywnosc sprezyny uwarunkowana konstrukcyjnie, poziomo w kierunku poprzecznym pojazdu, nie jest odpowiednio duza.Kolejny wahacz do pantografu znany jest tez z opisu patentowego niemieckiego nr 31 38 264 C2. Przedstawiony w nim wahacz ma dwa wsporniki dla slizgaczy, usytuowane jeden za drugim w kierunku jazdy, przy czym wspomniane wsporniki slizgaczy zamocowane sa za posrednictwem kompletów sprezyn przebiegajacych równolegle i lezacych jedna na drugiej do rury polaczonej z pantografem. Sprezyny te zamocowane sa na stale na tej rurze lub znanym wale spinajacym przegubowo wahacz z pantografem.Ponadto, sprezyny te pomiedzy wspomniana rura a wspornikami slizgaczy sa podparte od dolu. Uzupelniajaco, przy najmniej pewna czesc sprezyn moze miec postac prostych sprezyn skrecanych, przy czym najlepiej, aby powyzsze sprezyny skrecane mialy okragly, kwadratowy lub prostokatny przekrój poprzeczny. Poniewaz wszystkie sprezyny przebiegaja tutaj w4 kierunku wzdluznym pojazdu, wahacz w tym samym kierunku wzdluznym pojazdu nie uzyskuje zadnego stopnia swobody sprezynowania, co szczególnie wyraznie wystepuje przy wyzej omówionych juz problemach eksploatacyjnych. Kolejna wada w konstrukcji omawianego wahacza polega na tym, ze dla uzyskania koniecznych dlugosci sprezyn, wsporniki slizgaczy i tym samym same slizgacze musza byc oddalone od siebie o wzglednie duza odleglosc, co dla niektórych zastosowan, w szczególnosci przy wahaczach pantografów tramwajowych, jest niepozadane. W przypadku takich wahaczy kazdy wspornik slizgacza jest podwieszony wzajemnie niezaleznie jeden od drugiego. Przy dokladnie ulozonych przewodach jezdnych o niewielkich drganiach pionowych, takie podwieszenie jest z pewnoscia korzystne, jednakze cecha ta staje sie wada w przypadku sieci przewodów jezdnych z niedokladnym lub silnie drgajacym polozeniem przewodu jezdnego. Wynika to z tego, ze przy podnoszeniu lub opadaniu przewodu jezdnego wzgledem pojazdu, powierzchnie obydwu slizgaczy, przylegajacych do przewodu jezdnego, nie leza zawsze w jednej plaszczyznie. Zatem slizgacze ustawiaja sie skosnie wzgledem przewodu jezdnego, co przyspiesza ich zuzywanie sie i ujemnie wplywa na niezawodnosc styków. Nalezy w koncu stwierdzic, iz przedstawiony wahacz ma w kierunku poprzecznym do przewodu jezdnego jedynie wówczas wystarczajaca stabilnosc oraz sztywnosc, jezeli sprezyny wykonane sa jako sprezyny o przekroju prostokatnym, na przyklad w postaci sprezyn piórowych. Z drugiej jednak strony takie sprezyny piórowe sa aerodynamiczne i raczej niekorzystne, gdyz prowadza w zaleznosci od predkosci pojazdu, do silnych zmian docisku slizgaczy do przewodu jednego.5 Biorac pod uwage powyzsze trudnosci i niedomagania niniejszy wzór uzytkowy stawia sobie za zadanie opracowanie wahacza typu przedstawionego na wstepie, który przy niewielkiej sprezynujacej masie i przy zachowaniu uzyskanych dzieki temu zalet, mialby mozliwie niewielka liczbe czesci konstrukcyjnych, bylby prosty do wyprodukowania, a zarazem mialby pozadane stopnie swobody z odpowiednimi charakterystykami sprezynowania i bylby pozbawiony niepozadanych stopni swobody.Zgodnie z niniejszym wzorem uzytkowym rozwiazanie tego zadania udalo sie uzyskac poprzez opracowanie wahacza typu przedstawionego na wstepie, który charakteryzuje sie tym, ze sprezynujace elementy wahacza skladaja sie z dwóch pretowych sprezynujacych kablaków uformowanych na ksztalt litery "U", których ramiona przebiegaja poprzecznie do kierunku wzdluznego pojazdu a wygiecie laczace te ramiona przebiega w kierunku wzdluznym, przy czym kazdy z tych sprezynujacych kablaków jest oddzielnie sztywno polaczony z jednej strony do belki ustalajacej zamocowanej na wale a z drugiej strony do jednego z elementów nosnych.Konstrukcja wahacza i jego sprezynujacych elementów, wykonana zgodnie z niniejszym wzorem uzytkowym, pozwala na korzystne rozwiazanie dotychczasowych problemów i zapewnia, ze wahacz otrzyma konieczny stopien swobody wobec pozostalych czesci pantografu w kierunku pionowym, to znaczy w kierunku nacisku w miejscach styku, w kierunku wzdluznym pojazdu i kierunku wahadlowym wokól walu mocujacego przegubowo wahacz z pantografem, przy czym jednoczesnie zapobiega sie niepozadanemu stopniu swobody w poziomie i poprzecznie do kierunku6 wzdluznego jezdnej maszyny. Jednoczesnie kazdy stopien swobody ruchu uzyskuje sie bez podejmowania specjalnych srodków, jedynie poprzez wykonanie elementów laczacych w postaci co najmniej dwóch kablaków sprezynujacych w ksztalcie litery "U", zapewniajacych pozadana charakterystyke sprezynowania, a mianowicie wzglednie miekkie sprezynowanie w kierunku pionowym, a za tym twardsze sprezynowanie w kierunku wzdluznym pojazdu oraz w kierunku wahadlowym wokól walu.Jednoczesnie, wahacz wymaga bardzo niewielu czesci konstrukcyjnych tak, ze nadal sa zagwarantowane wszystkie zalety wynikajace z niewielkiej masy.Ponadto bez trudnosci mozna oszacowac wlasciwosci sprezynujace kablaków sprezynujacych i tym samym zaprojektowac je optymalnie pod wzgledem konstrukcyjnym dla kazdego przypadku zastosowania.Sprezynujace kablaki mozna w zaleznosci od wyboru wykonac jako jednoelementowa czesc konstrukcyjna, wyprodukowana poprzez giecie, lub tez jako czesc zlozona z wiekszej liczby elementów. Wersja jednoelementowa zapewnia w szczególnosci te zalete, ze wyprodukowanie kablaka sprezynujacego nie jest skomplikowane. Natomiast wykonanie kablaka sprezynujacego jako wieloelementowego zapewnia mozliwosc nadawania poszczególnym czesciom skladowym róznych, odmiennych wlasciwosci odpowiadajacym danym wymaganiom.Korzystnie mozna przewidziec, aby kablaki sprezynujace byly polaczone kazdorazowo oddzielnie ich swobodnymi koncówkami ramion w ksztalcie litery "U" z belka ustalajaca, a ich lacznikowe wygiecia z elementem nosnym.7 Takie wykonanie kablaków sprezynujacych gwarantuje w szczególnosci osiagniecie tej korzysci, ze montaz wahacza jest bardzo prosty w wykonaniu, a wbudowanie kablaków sprezynujacych moze sie odbywac bez przeszkód stwarzanych przez inne czesci skladowe. Dalsza zaleta polega na tym, ze w rejonie elementów nosnych, które przy eksploatacji konkretnego pojazdu znajduja sie wzglednie blisko linii napowietrznej, nie musza wystepowac trudnosci wynikajace na przyklad z niefachowego montazu, mogacego spowodowac niepozadany styk z przewodem jezdnym.Dalsza zaleta wynikajaca z opisanej konstrukcji polega na tym, ze polaczenie pomiedzy swobodnymi koncami ramion w postaci litery "U" kablaka sprezynujacego a belka ustalajaca jest realizowane kazdorazowo rozlaczalnym polaczeniem zaciskowym, przestawial nym w kierunku wzdluznym tych ramion. Polaczenie tego rodzaju mozna z jednej strony bardzo szybko realizowac i rozlaczyc, zas z drugiej strony zapewnia ono te bardzo korzystna ceche, ze dzieki mozliwosci takiego przestawiania mozna zmieniac dlugosc ramion kablaka majacego ksztalt litery "U" az do lacznikowego luku, przez co mozna osiagac odpowiednia zmiane wlasciwosci sprezynujacych.Polaczenie pomiedzy lacznikowym wygieciem "U" sprezynujacego kablaka a elementem nosnym, korzystnie moze byc polaczeniem wtykowym, pozbawionym zacisków. Tego rodzaju polaczenie wtykowe moze byc niezwykle prosto zrealizowane, co ulatwia montaz wahacza i zmniejsza mozliwosci bledów przy montazu.8 Dla umozliwienia wyzej wspomnianego polaczenia wtykowego, korzystnie jest aby w kazdym elemencie nosnym umiescic dwa otwory nawiercane w odleglosci rozstawienia ramion kablaka sprezynujacego oraz aby kablak sprezynujacy ze swoimi ramionami w ksztalcie litery "U" byl przelozony na elemencie nosnym przez ten element od zewnatrz az do oparcia sie o jego lacznikowe wygiecie. Wykonanie tego rodzaju mocujacych otworów jest prostym procesem obróbczym, co przyczynia sie do zanizenia kosztów produkcji wahacza. Ponadto, lacznikowe wygiecie ramion kablaka stanowiace ogranicznik jego ruchu w stosunku do elementu nosnego gwarantuje daleko idace wykluczenie niepozadanych ruchów poprzecznych wahacza w stosunku do pozostalych czesci pantografu. Jezeli jednak wymagana jest pewna mozliwosc ruchów w poprzek, zakres wygiecia "U" kablaka sprezynujacego mozna dodatkowo zaopatrzyc w przeciwbiezne zagiecia lub zaokraglenia skierowane do elementu nosnego, dzieki czemu mozna uzyskac pewna mozliwosc ruchów poprzecznych, polaczona z pozadana charakterystyka twardego sprezynowania.Dalsze uksztaltowanie wahacza przewiduje aby belki ustalajace byly przesuwne na wale w kierunku osiowym i mogly byc blokowane w zadanych polozeniach. Taka mozliwosc przesuwu belek ustalajacych na wale laczacym przegubowo wahacz z pantografem daje mozliwosc, przy zastosowaniu jednolitych belek ustalajacych oraz kablaków sprezynujacych - prostego przystosowania wahaczy do róznych szerokosci. Tutaj mozna korzystnie dalej stosowac te same elementy nosne, dla dowolnych, wymaganych dlugosci slizgaczy trakcyjnych.9 Dla wykluczenia przeciazenia i tym samym uszkodzenia kablaków sprezynujacych podczas eksploatacji wahacza, proponuje sie aby wal laczacy wahacz z pantografem mial taka dlugosc, aby jego konce lezaly ponizej elementów nosnych, oraz zeby przy czysto statycznym obciazaniu wahacza przylozonego do linii napowietrznej, elementy nosne oddalone byly odpowiednio od tego walu. Dzieki takiej konstrukcji uzyskuje sie korzysc polegajaca na tym, ze przy nadmiernym obciazeniu wahacza, na skutek dzialania sil pionowych dobija on maksymalnie az do wspomnianego walu, który tym samym tworzy ogranicznik ruchu dla sprezynowania w kierunku pionowym. Walowi moze byc przy tym równiez nadawana z góry sztywnosc zginania i tym samym z góry nadawana charakterystyka sprezynowania tak, aby po dojsciu do ogranicznika ruchu, obok zadzialania sprezyny kablaków doszlo jeszcze do zadzialania znacznie twardszej sprezyny walu. Aby nie tylko umozliwiac ograniczenia przesuniecia sprezyny w kierunku pionowym do dolu, lecz równiez zagwarantowac ograniczenie ruchów do innych mozliwych ruchów wzglednych pomiedzy wahaczem a pozostalymi czesciami pantografu, proponuje sie przewidziec na elementach nosnych oraz/lub na koncach walu ograniczniki ruchu do wzajemnego ograniczania ruchów wzglednych. Istnieje mozliwosc wykonania tego rodzaju ograniczników ruchów w ten sposób, ze od strony dolnej na kazdym elemencie nosnym przewidziany jest uformowany ramowy wystep z zalamaniem, wystajacym do srodka walu z odpowiednim luzem ruchów.Poprzez odpowiednia odleglosc pomiedzy walem a zalamaniem uformowanego wystepu ustalany jest w odpowiednim kierunku luz dla ruchów wahacza.10 Strone dolna elementów nosnych oraz/lub konce walu oraz/lub ograniczniki ruchu mozna wylozyc materialem amortyzujacym, aby po dojsciu do ogranicznika ruchu uniknac wszelkich twardych zderzen. Takim materialem moze byc na przyklad guma lub tworzywo sztuczne, najlepiej w kompilacji gumy z tworzywem sztucznym o zamknietych porach.Przedmiot niniejszego wzoru uzytkowego jest szczególowiej objasniony w dalszym ciagu niniejszego opisu w oparciu o zalaczony rysunek. Rysunek przedstawia wahacz w widoku z góry, w rzucie aksometrycznym.Jak uwidoczniono na rysunku wahacz 1 w ksztalcie ramy jest zamocowany za pomoca dwóch sprezynujacych kablaków 2 w ksztalcie litery "U" i dwóch belek ustalajacych 3 do walu 4, laczacego ten wahacz z pantografem nie pokazanym na rysunku. Wal 4 jest osadzony obrotowo w lozyskach 5 ramienia górnego pantografu, przy czym to ramie uwidoczniono jedynie symbolicznie jako przedluzenie lozyska.Dwie pradowe listwy stykowe nazwane w dalszym ciagu jako slizgacze 6 oraz 7, sa na stale polaczone z elementami nosnymi 8 i tworza razem z nimi sztywna rame. Elementy nosne 8 korzystnie moga byc wykonane z tworzywa sztucznego lub metalu lekkiego, na przyklad z aluminium i tak uksztaltowane, aby byly mozliwie lekkie.W dwóch wykonanych otworach w elementach nosnych 8 sa osadzone sprezynujace kablaki 2± a ich swobodne konce sa zamocowane11 nieobrotowo za pomoca zaciskowych srub 9 w belkach ustalajacych 3.Nawiercane otwory w belkach ustalajacych 3 sa lekko nachylone ukosnie do linii poziomej, dzieki czemu sprezynujace kablaki 2 wznosza sie nieco ku stronie zewnetrznej i tym samym uzyskuja pewne naprezenie wstepne.W przypadku oddzialywania sil lub uderzen z kierunku A, wywolanych przez nacisk styku linii napowietrznej na slizgacze 6, 7 wahacza 1, sprezynujace kablaki 3 zachowuja sie jak sprezyny zginane o jednostronnym zamocowaniu. Przy silach lub uderzeniach, wywolanych przez miejsca powstawania ewentualnych zaklócen w linii napowietrznej, z kierunków B oraz C, które odpowiadaja kierunkowi wzdluznemu pojazdu wyposazonemu w pantograf, sprezynujace kablaki 2 zachowuja sie podobnie jak sprezyny zginane o obustronnym stalym zamocowaniu, a wiec sa znacznie sztywniejsze.Podczas ruchów wahadlowych wokól walu 4 w kierunkach oznaczonych strzalka D, sprezynujace kablaki 2 sa poddawane lacznym obciazeniom skrecajaco-gnacym.W stosunku do pozostalych czesci pantografu w kierunkach oznaczonych strzalkami A, B i C ruchy wahacza 1 sa ograniczone, przy czym obydwa elementy nosne 8 maja od dolnej strony zamocowane ramowe przelotowe wystepy, przez które sa przeprowadzane koncówki walu 4. Przy statycznym obciazeniu wahacza 1 koncówki walu 4 utrzymuja ze wszystkich stron pewna odleglosc od elementu nosnego 8, przy silnym dynamicznym obciazeniu wahacza 1, krawedzie wystepów oddzialywuja jako ograniczniki12 ruchu, uniemozliwiajace nadmierne obciazenia sprezynujacych kablaków 2.Celem unikniecia zbyt twardych uderzen wahacza 1, koncówki walu 4 obramowane sa pierscieniem H z miekkiego, tlumiacego uderzenia materialu, na przyklad gumy.Poprzez poluzowanie zaciskowych srub 9 oraz W i przesuniecie belek ustalajacych 3 na wale 4 w kierunku strony wewnetrznej lub zewnetrznej, istnieje mozliwosc zmiany w koniecznym zakresie wskaznika sztywnosci sprezynujacych kablaków 2. Poluzowujac tylko zaciskowa srube 10 i przesuwajac belki ustalajace 3 mozna dopasowywac dlugosc kablaków 2 do róznych, odmiennych dlugosci slizgaczy 6, 7, a tym samym do róznych szerokosci wahacza 1_.Thomas Hanhoff Pelnomocnik: a^ZNIK/\PATENTOWY (—T28&tjsz\ Szczepanik573 W 107 321 JJ2 s°m(c PL