Stromabnehmer (Transport) - Pantograph (transport)
Ein Stromabnehmer (oder " Pfanne " oder " Panto ") ist ein Gerät, das auf dem Dach eines elektrischen Zuges , einer Straßenbahn oder eines elektrischen Busses montiert ist , um durch Kontakt mit einer Oberleitung Strom zu sammeln . ( Batterie-elektrische Busse und Bahnen werden dagegen an Ladestationen geladen ). Der Stromabnehmer ist ein üblicher Stromabnehmer . Typischerweise wird ein Einzel- oder Doppeldraht verwendet, wobei der Rückstrom durch die Schienen fließt . Der Begriff stammt aus der Ähnlichkeit einiger Stile mit den mechanischen Stromabnehmern, die zum Kopieren von Handschriften und Zeichnungen verwendet werden.
Erfindung
Der Stromabnehmer mit einer reibungsarmen, auswechselbaren Graphitschleifleiste oder „Schuh“ zur Minimierung der seitlichen Belastung des Fahrdrahtes erschien erstmals Ende des 19. Jahrhunderts. Zu den frühen Versionen gehören der Bogensammler, der 1889 von Walter Reichel, Chefingenieur bei Siemens & Halske in Deutschland , erfunden wurde , und ein flacher Gleitstromabnehmer, der erstmals 1895 von der Baltimore and Ohio Railroad eingesetzt wurde
Der bekannte rautenförmige Rollenstromabnehmer wurde von John Q. Brown von den Key System- Geschäften für ihre Pendlerzüge entwickelt und patentiert, die zwischen San Francisco und dem East Bay- Abschnitt der San Francisco Bay Area in Kalifornien verkehrten . Sie erscheinen auf Fotografien des ersten Diensttages, dem 26. Oktober 1903. Viele Jahrzehnte danach wurde dieselbe Rautenform von Elektroschienensystemen auf der ganzen Welt verwendet und wird von einigen noch heute verwendet.
Der Stromabnehmer war eine Weiterentwicklung des bis dahin vorherrschenden einfachen Oberleitungsmastes , vor allem weil der Stromabnehmer einem Elektro-Schienenfahrzeug viel höhere Geschwindigkeiten ermöglicht, ohne den Kontakt zur Oberleitung zu verlieren, z. B. durch Entdrahtung des Oberleitungsmastes .
Ungeachtet dessen wurde die Stromabnahme von Trolleymasten mit bis zu 90 Meilen pro Stunde (140 km/h) auf den Electroliner- Fahrzeugen der Chicago North Shore und Milwaukee Railroad , auch bekannt als North Shore Line, erfolgreich eingesetzt.
Moderne Nutzung
Die gebräuchlichste Art von Stromabnehmer ist heute der sogenannte Halbstromabnehmer (manchmal "Z"-förmig), der sich entwickelt hat, um ein kompakteres und reaktionsschnelleres einarmiges Design bei hohen Geschwindigkeiten zu bieten, als die Züge schneller wurden. Louis Faiveley erfand diese Art von Stromabnehmer 1955. Der Halbstromabnehmer ist in sehr schnellen Zügen (wie dem TGV ) bis hin zu städtischen Straßenbahnsystemen mit niedriger Geschwindigkeit zu sehen. Die Konstruktion funktioniert in beiden Fahrtrichtungen gleich effizient, wie die Schweizer und Österreichischen Bahnen zeigen, deren neueste Hochleistungslokomotiven, die Re 460 und Taurus , mit entgegengesetzter Fahrtrichtung verkehren. In Europa werden Geometrie und Form der Stromabnehmer von CENELEC , dem Europäischen Komitee für elektrotechnische Normung, festgelegt.
Technische Details
Das elektrische Übertragungssystem für moderne elektrische Bahnsysteme besteht aus einem oberen, gewichtstragenden Draht (sogenannte Oberleitung ), an dem ein Fahrdraht aufgehängt ist. Der Stromabnehmer ist federbelastet und drückt einen Kontaktschuh gegen die Unterseite des Fahrdrahtes, um den für den Zugbetrieb notwendigen Strom zu ziehen. Als elektrische Rückleitung dienen die Stahlschienen der Gleise . Wenn sich der Zug bewegt, gleitet der Kontaktschuh entlang des Drahtes und kann stehende Wellen in den Drähten aufbauen , die den Kontakt unterbrechen und die Stromaufnahme verschlechtern. Dies bedeutet, dass auf einigen Systemen benachbarte Stromabnehmer nicht zulässig sind.
Stromabnehmer sind die Nachfolgetechnologie von Oberleitungsmasten , die bei frühen Straßenbahnsystemen weit verbreitet waren. Trolleymasten werden immer noch von Trolleybussen verwendet , deren Bewegungsfreiheit und die Notwendigkeit einer Zweidrahtschaltung Stromabnehmer unpraktisch machen, und einige Straßenbahnnetze, wie das Straßenbahnsystem von Toronto , die häufig scharf genug abbiegen, um zusätzliche Bewegungsfreiheit in ihren aktuelle Kollektion, um einen ununterbrochenen Kontakt zu gewährleisten. Viele dieser Netze, einschließlich Torontos, werden jedoch aufgerüstet, um den Stromabnehmerbetrieb zu ermöglichen.
Stromabnehmer mit Oberleitung sind heute die vorherrschende Form der Stromabnahme für moderne Elektrozüge, da sie zwar anfälliger als ein drittes Schienensystem sind, aber den Einsatz höherer Spannungen ermöglichen.
Stromabnehmer werden typischerweise mit Druckluft aus dem Bremssystem des Fahrzeugs betrieben, um die Einheit entweder anzuheben und gegen den Leiter zu halten oder, wenn Federn zum Ausfahren verwendet werden, um sie abzusenken. Als Vorsichtsmaßnahme gegen Druckverlust im zweiten Fall wird der Arm durch eine Raste in der unteren Position gehalten. Bei Hochvoltanlagen wird die gleiche Luftversorgung zum „Ausblasen“ des Lichtbogens beim Einsatz von Aufdach- Leistungsschaltern verwendet.
Einfach- und Doppelstromabnehmer
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Stromabnehmer können entweder einen Einzel- oder einen Doppelarm haben. Doppelarm-Stromabnehmer sind normalerweise schwerer und benötigen mehr Kraft zum Heben und Senken, können aber auch fehlertoleranter sein.
Auf den Eisenbahnen der ehemaligen UdSSR sind die am häufigsten verwendeten Stromabnehmer solche mit einem Doppelarm ("aus zwei Rauten"), aber seit Ende der 1990er Jahre gibt es einige einarmige Stromabnehmer auf russischen Eisenbahnen. Einige Straßenbahnen verwenden Doppelarmstromabnehmer, darunter die russischen KTM-5, KTM-8, LVS-86 und viele andere russische Straßenbahnen sowie einige Euro-PCC-Straßenbahnen in Belgien. Amerikanische Straßenbahnen verwenden entweder Oberleitungsmasten oder einarmige Stromabnehmer.
Metrosysteme und Oberleitungen
Die meisten Schnellbahnsysteme werden von einer dritten Schiene angetrieben , aber einige verwenden Stromabnehmer, insbesondere solche, die einen ausgedehnten oberirdischen Lauf erfordern . Die meisten Hybrid-U-Bahn- oder "Pre-Metro"-Linien, deren Strecken Gleise auf Stadtstraßen oder in anderen öffentlich zugänglichen Bereichen umfassen, wie die Linie 51 der Amsterdamer Metro , die MBTA Green Line , RTA Rapid Transit in Cleveland, Frankfurt am Main U -Bahn und San Franciscos Muni Metro verwenden Oberleitungen, da eine normale dritte Schiene den Straßenverkehr behindern und ein zu hohes Stromschlagrisiko darstellen würde.
Zu den verschiedenen Ausnahmen zählen mehrere Straßenbahnsysteme, wie die in Bordeaux , Angers , Reims und Dubai , die ein von Alstom entwickeltes proprietäres U-Bahn-System namens APS verwenden , das nur Strom auf Streckenabschnitte einsetzt, die vollständig von der Straßenbahn bedeckt sind. Dieses System wurde ursprünglich für den Einsatz im historischen Zentrum von Bordeaux entwickelt, da ein Oberleitungssystem ein visuelles Eindringen verursachen würde. Ähnliche Systeme, die Freileitungen vermeiden, wurden von Bombardier , AnsaldoBreda , CAF und anderen entwickelt. Diese können aus einer bodennahen physischen Infrastruktur bestehen oder in Batteriepaketen gespeicherte Energie verwenden , um kurze Strecken ohne Oberleitung zu überwinden.
Obenliegende Stromabnehmer werden manchmal als Alternative zu dritten Schienen verwendet, da die dritten Schienen bei bestimmten Winterwetterbedingungen vereisen können. Die MBTA Blue Line nutzt Stromabnehmerstrom für den gesamten Abschnitt ihrer Strecke, der an der Oberfläche verläuft, während sie vor der Einfahrt in den unterirdischen Teil ihrer Strecke auf Strom der dritten Bahn umschaltet. Die gesamten Metrosysteme von Sydney , Madrid , Barcelona , Shanghai , Hongkong , Seoul , Kobe , Fukuoka , Sendai , Jaipur , Chennai , Mumbai und Delhi verwenden Oberleitungen und Stromabnehmer (sowie bestimmte Linien der Metrosysteme in Peking , Chongqing , Noida , Hyderabad , Jakarta , Tokio , Osaka , Nagoya , Singapur , Sapporo , Budapest und Mexiko-Stadt ). Stromabnehmer wurden auch auf den S-Bahn-Linien der Nord-Sud Company in Paris eingesetzt, bis die andere Betreibergesellschaft der Zeit, die Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , das Unternehmen kaufte und alle Oberleitungen durch das übliche dritte Schienensystem ersetzte andere Zeilen.
Zahlreiche Eisenbahnlinien verwenden auf verschiedenen Abschnitten ihrer Strecken, im Allgemeinen aus historischen Gründen, sowohl die dritte Schiene als auch die Oberleitung. Dazu gehören das North London Line und West London Linien von London Overground , der Northern City Line von Great Northern , drei der fünf Linien im Rotterdam Metro Netzwerk, Metro-North Railroad New Haven Linie , und das Chicago Transit Authority ‚s gelbe Linie . In diesem letzten Fall war der Overhead-Teil ein Überbleibsel der Hochgeschwindigkeits-Skokie Valley Route der Chicago North Shore and Milwaukee Railroad und war die einzige Linie des gesamten Chicagoer U-Bahn-Systems, die die Stromabnehmersammlung für jede Länge nutzte. Als solche erforderte die Strecke Triebwagen mit Stromabnehmern sowie dritten Schienenschuhen, und da die Oberleitung ein sehr kleiner Teil des Systems war, waren nur wenige Wagen so ausgestattet. Die Umstellung erfolgte am Bahnübergang East Prairie, dem ehemaligen Standort der Station Crawford-East Prairie . Hier würden Züge nach Dempster-Skokie ihre Stromabnehmer anheben, während diejenigen nach Howard ihre absenken, und zwar in beiden Fällen mit hoher Geschwindigkeit. Im Jahr 2005 wurde das Oberleitungssystem aufgrund der Kosten und des einzigartigen Wartungsbedarfs für einen sehr kleinen Teil des Systems entfernt und durch dieselbe dritte Schiene ersetzt, die für den Rest des Systems verwendet wurde Chicagos Triebwagen sollen auf der Strecke verkehren. Alle Stromabnehmer wurden aus den mit Skokie ausgestatteten Autos entfernt.
Im Jahr 2010 wurde die Osloer Metrolinie 1 am Bahnhof Frøen von der dritten Schiene auf Oberleitungsstrom umgestellt. Aufgrund der vielen Bahnübergänge wurde es als schwierig erachtet, auf dem Rest der eingleisigen Strecke der älteren Strecke eine dritte Schiene zu installieren . Ab 2010 wurden trotz Bahnübergängen dritte Gleise eingesetzt. Die dritten Schienen haben Lücken, aber es gibt zwei Kontaktschuhe.
Drehstromversorgung
Bei einigen Systemen mit Drehstromversorgung verfügen Lokomotiven und Triebwagen über zwei Stromabnehmer, wobei der dritte Phasenstromkreis von den Fahrschienen bereitgestellt wird. Im Jahr 1901 verwendete eine experimentelle Hochgeschwindigkeitsanlage, ein weiterer Entwurf von Walter Reichel bei Siemens & Halske, drei vertikal montierte Oberleitungen, wobei die Kollektoren auf horizontal verlaufenden Stromabnehmern montiert waren.
Schrägstromabnehmer
Auf Strecken, auf denen offene Wagen von oben beladen werden, kann die Oberleitung dazu versetzt werden; die Stromabnehmer werden dann schräg zur Senkrechten montiert.
Schwächen
Der Kontakt zwischen einem Stromabnehmer und einer Oberleitung wird normalerweise durch einen Graphitblock sichergestellt . Dieses Material leitet Strom, während es als Schmiermittel wirkt . Da Graphit spröde ist, können Teile während des Betriebs abbrechen. Schlechte Stromabnehmer können die Oberleitung ergreifen und abreißen, so dass es einen wechselseitigen Einfluss gibt, bei dem schlechte Drähte den Stromabnehmer beschädigen können und schlechte Stromabnehmer die Drähte beschädigen können. Um dies zu verhindern, kann eine Stromabnehmer-Überwachungsstation eingesetzt werden. Bei anhaltend hohen Geschwindigkeiten (über 300 Kilometer pro Stunde (190 mph)) kann die Reibung dazu führen, dass das Schleifstück glühend heiß wird, was wiederum zu übermäßiger Lichtbogenbildung und schließlich zum Ausfall führen kann.
In Großbritannien werden die Stromabnehmer ( Brecknell Willis , Stone Faiveley usw.) von Fahrzeugen durch Luftdruck angehoben, und die Graphitkontakt-"Kohlenstoffe" erzeugen eine Luftgalerie im Stromabnehmerkopf, die die Luft freisetzt, wenn ein Graphitstreifen verloren geht und aktiviert Absenkautomatik und Absenken des Stromabnehmers, um Beschädigungen zu vermeiden. Neuere elektrische Triebfahrzeuge können ausgefeiltere Methoden verwenden, die die Störungen durch Lichtbogenbildung an der Kontaktstelle erkennen, wenn die Graphitstreifen beschädigt sind. Es gibt nicht immer zwei Stromabnehmer an einem elektrischen Triebzug , aber in den Fällen, in denen der andere vorhanden ist, kann einer verwendet werden, wenn einer beschädigt ist; ein Beispiel für diese Situation wäre eine British Rail Class 390 . Der fahrrichtungsabhängige hintere Stromabnehmer wird häufig verwendet, um eine Beschädigung beider Stromabnehmer bei Verwicklungen zu vermeiden: Bei Verwendung des vorderen Stromabnehmers können durch Verhakung verursachte Verschmutzungen den hinteren Stromabnehmer beschädigen und beide Stromabnehmer und das Fahrzeug funktionsunfähig machen .