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Dokumentenidentifikation DE69108304T2 10.08.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0462909
Titel Kohleschleifleiste mit Fehlersensor.
Anmelder Le Carbone Lorraine, Courbevoie, Hauts-de-Seine, FR
Erfinder Odot, Patrick, F-34120 Pezenas, FR
Vertreter Beetz und Kollegen, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69108304
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 18.06.1991
EP-Aktenzeichen 914202015
EP-Offenlegungsdatum 27.12.1991
EP date of grant 22.03.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.08.1995
IPC-Hauptklasse B60L 5/20

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Kohleschleifleiste mit Fehlererkennung sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Leiste. Diese Leiste wird verwendet, um elektrische Energie zwischen einem feststehenden Energieverteilermittel, wie z. B. einem Kabel, und einer beweglichen, energieverbrauchenden Vorrichtung, wie z. B. einem Zug- oder U-Bahn-Triebwagen, die mit der genannten Schleifleiste ausgestattet ist, zu übertragen.

Das englische Patent GB 1 374 972 beschreibt eine Kohleschleifleiste mit Fehlererkennungsvorrichtung. Bei dieser Vorrichtung ist die Schleifleiste innen mit einem rohrförmigen Behälter ausgestattet, der ein Fluid enthält, so daß bei extremer Abnutzung oder bei einem Bruch der Schleifleiste ein Bruch des rohrförmigen Behälters, die Erkennung des Fluidlecks und das Zurückziehen des die Schleifleiste tragenden Stromabnehmers erfolgt.

Ein Beispiel für eine Schleifleiste (1) ist in Fig. 6 im Schnitt schematisch dargestellt: über die gesamte Länge der Verschleißleiste (2) verläuft auf der Seite des Bügels (5) eine Rille (3), in die ein mit Fluid gespeistes Rohr (4) geklebt ist. Gemäß diesem Patent kann das Rohr (4) aus Silikonkautschuk oder aus anderen Materialien, insbesondere aus Kunststoffen wie z. B. PTFE bestehen, die Betriebstemperaturen von beispielsweise 200 ºC aushalten können. Bei einer anderen Ausführung kann der rohrförmige Behälter durch die Rille selbst gebildet werden, deren offene Oberfläche mittels eines haftenden Stoffs wie z. B. eines synthetischen Kautschuks dicht gemacht ist.

Dieses Patent hat eine Verbesserung erfahren, die in dem Europäischen Patent EP 0 078 159 Al beschrieben ist. Bei dem ursprünglichen Patent GB 1 374 972 erfolgt der Bruch des rohrförmigen Behälters nämlich bei dem Bruch oder bei extremer Abnutzung der Schleifleiste. Die Verbesserung sieht einen dehnbaren rohrförmigen Behälter vor, der ein unter Druck stehendes Fluid enthält, welches empfindlich auf Fehler reagiert, d. h. auf Konstruktionsfehler, Montagefehler oder Fehler wie z. B. Risse, die entstehen und sich ausbreiten, bevor es zu einem Bruch kommt. Der rohrförmige Behälter weist eine dünne Silikonkautschukwand auf, die unter dem Innendruck platzt, sobald diese dünne Wand infolge eines bestehenden oder auftretenden Fehlers der Verschleißleiste stellenweise nicht mehr gehalten wird.

Beim bisherigen Stand der Technik stellt sich eindeutig das Problem der Erkennung von extremer Abnutzung oder von Fehlern der Verschleißleisten, die Lösungen nach dem bisherigen Stand der Technik sind jedoch nicht vollkommen zufriedenstellend.

So gibt das Patent EP 0 078 159 die Beschränkung der in GB 1 374 972 beschriebenen ursprünglichen Erfindung an: die Erkennung erfolgt erst nach Bruch oder extremer Abnutzung der Schleifleiste, d. h. mit dem Risiko der Beschädigung des Stromabnehmers und des Kettenfahrleitungsdrahts.

Zum anderen schlägt das Patent EP 0 078 159, das die Verbesserung der Fehlererkennungsempfindlichkeit bezweckt, eine Lösung vor, die ebenfalls nicht vollkommen zufriedenstellend ist, da die Erkennung erst ab dem Zeitpunkt erfolgt, wenn der rohrförmige Behälter aus elastischem Elastomer stellenweise nicht mehr gehalten wird; es gibt nun aber alle möglichen Arten von Beschädigungen der Schleifleiste, die durch diese Lösung möglicherweise nicht erkannt werden, da mit ihnen nicht unbedingt ein stellenweises Wegfallen der Halts durch den rohrförmigen Behälter einhergeht. So können sich beispielsweise infolge eines Thermoschocks oder eines mechanischen Stoßes Risse in der Schleifleiste bilden, ohne daß sich dort der Halt durch den rohrförmigen Behälter merklich ändert, also ohne daß eine Fehlererkennung erfolgt. Aus diesem Grund hat die Anmelderin nach einer anderen Lösung für dieses Problem gesucht.

Zur Lösung des sich stellenden Problems hat die Anmelderin eine Schleifleiste zur Übertragung von elektrischer Energie auf rollendes Material entwickelt, die aus einer Verschleißleiste aus elektrisch leitendem Material auf Kohlebasis besteht, die eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern der Verschleißleiste aufweist, welche auf der Seite der Verschleißleiste, die sich mit einem als Halter dienenden Bügel in Kontakt befindet, über die gesamte Länge der Verschleißleiste eine Rille aufweist, in der ein dichtes Rohr angeordnet und mit der genannten Verschleißleiste durch Einsetzen und/oder Kleben fest verbunden ist, welches ein unter Druck stehendes Fluid enthält, als Sensor dient und mit einem weiteren Teil der genannten Erkennungsvorrichtung in Verbindung steht, wobei die genannte Schleifleiste dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material, aus dem das Rohr besteht, mechanische Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Elastizität sowie thermomechanische Merkmale aufweist, die ähnlich sind wie die des Materials der Verschleißleiste, und daß die Tiefe der Rille größer bemessen ist als die Höhe der Backe des Bügels, dainit das Rohr rechtzeitig den Verschleiß der Verschleißleiste erkennt.

Mit ähnlichen Merkmalen sind Merkmale gemeint, deren Zahlenwerte maximal um 25 % voneinander abweichen.

Mit Beschädigung sind im Prinzip Risse gemeint, die an der Verschleißleiste infolge aller möglichen Belastungen, insbesondere mechanischer Stöße oder thermischer Schocks, auftreten können.

Zur Lösung des sich stellenden Problems schlägt die Erfindung ferner ein Verfahren vor, wie es in Anspruch 9 ausgeführt ist.

In Versuchen mit Rohren aus verschiedenen Arten von Materialien sowie verschiedenen Arten des Aufbaus der Rohre und der Verschleißleisten hat die Anmelderin für das sich stellende Problem eine Lösung gefunden, die sich in Gegensatz zu den bisher empfohlenen Lösungen befindet, denn sie hat entdeckt, daß die an der Verschleißleiste eventuell auftretenden Fehler sich umso besser auf das Sensorrohr (4) übertragen, wenn dieses Rohr mechanische Eigenschaften (hauptsächlich mechanische Festigkeit und Elastizität) und thermomechanische Eigenschaften aufweist, die denen der Verschleißleiste (2) ähnlich sind, und wenn die Verbindung zwischen dem Sensorrohr und der Schleifleiste die Ausdehnung der Beschädigung von der Verschleißleiste auf das Sensorrohr nicht verhindert.

So ist die Anmelderin von allen Rohren aus Kunststoff, insbesondere denen des bisherigen Standes der Technik, sowie denen aus Metallegierungen aufgrund mangelhafter Stoßempfindlichkeit abgekommen.

In der Praxis ist es eine Vereinfachung, Stoffe der gleichen chemischen Familie zu verwenden, um ähnliche Merkmale gemäß der Erfindung zu erhalten, diese Angleichung der Eigenschaften kann jedoch möglicherweise auch mit anderen chemischen Familien erreicht werden, so daß Rohre aus Materialien wie speziellem Glas oder speziellen Keramiken aus dem Feld der Erfindung nicht ausgeschlossen sind.

Vorzugsweise ist das Rohr (4) auf Kohlebasis hergestellt und gehört zur gleichen chemischen Familie wie die Verschleißleiste (2) . Es hält einen Druck von mindestens 1 MPa (10 Bar) aus, wobei dieser Druck im allgemeinen der Druck der Druckluft einer Lokomotive ist.

Erfindungsgemäß hat die für das Rohr (4) gewählte Kohlensorte eine Verschleißfestigkeit, die maximal gleich groß ist wie die der für die Verschleißleiste (2) gewählten Kohlensorte. Es ist nämlich von Bedeutung, daß sich das Rohr mindestens ebenso schnell durch das Schleifen abnutzt wie die Verschleißleiste, damit rechtzeitig die Grenze der Funktionstüchtigkeit der Verschleißleiste erkannt werden kann.

Die Grundstoffe, aus denen das Rohr und die Verschleißleiste bestehen, sind an sich bekannt. Sie werden normalerweise auf folgende Weise hergestellt:

Verschiedene Kokse werden sorgfältig zermahlen, um Pulver zu erhalten, deren Körnung je nach größerer oder geringerer gewünschter Dichte variiert.

Diese Pulver werden sodann mit einem Bindemittel, im allgemeinen mit einer Pechmasse, vermischt und in Form von vorgepreßten Rollen gelagert. Diese Rollen werden sodann in eine Presse eingeführt, die mit unterschiedlichen Schneideisen ausgerüstet ist, mit denen verschiedene Profile, z. B. des Typs "Verschleißleiste" oder des Typs "Rohr", hergestellt werden können. Selbstverständlich können bei diesen Verfahren Varianten eingeführt werden, z. B. das Mischen, das Durcharbeiten des zermahlenen Koks und des Pechs, das Einformen durch Extrudieren der so gebildeten Masse durch ein Schneideisen mit geeigneter Form im Durchlaufverfahren durchzuführen. Allgemein können bei der Erfindung die verschiedenen bekannten Verfahren zur Einformung der Masse auf Basis von gemahlener Kohle und von Bindemittel durchgeführt werden. Diese Profile werden sodann in Brennofen gelegt, wo sie in neutraler Atmosphäre gebrannt werden. In diesem Sta-dium oder später kann ein Brennen mit einer Graphitationsphase ausgeführt werden.

Auf diese Weise erhält man aufgrund des Brennens eines Teils des Bindemittels solide Profile aus gebranntem und leicht porösem, kohlenstoffhaltigem Material. Diese gebrannten Profile können sodann verschiedenen an sich bekannten Behandlungen wie z. B. Harzimprägnierung, Metallimprägnierung unterzogen werden, die dazu gedacht sind, entweder die Porosität zu verringern, was bei dem Rohr (4) wesentlich ist, oder die mechanischen Merkmale oder elektrischen Eigenschaften zu verbessern, oder das Gleiten zu begünstigen, so daß ein geringer Verschleiß bzw. Reibung gewährleistet ist, oder auch die Schleifleiste undurchlässig zu machen, um sie unempfindlich gegen Wasser oder Feuchtigkeit zu machen.

Diese Rohprofile, die man nach Brennen und verschiedenen Behandlungen erhält, werden abgelängt und hinsichtlich des letztendlichen Zusammenbaus des Rohrs und der Verschleißleiste bearbeitet und vorbereitet. Die Rohprofile, die der Verschleißleiste entsprechen, können in diesem Stadium Stangen mit beliebigem Querschnitt oder auch Stangen sein, die bereits zum Teil Endmaße haben und z. B. einen Querschnitt wie den von Fig. 1 mit der Rille (3) sowie seitliche Rücksprünge (6) zur Befestigung der Schleifleiste an dem Bügel (5) aufweisen.

Bei der Bearbeitung der Verschleißleiste kann auf die Endmaße der Schleifleiste zugegriffen werden und das hergestellt werden, was im Stadium des Profils noch nicht vorhanden war, wie z. B. das Längsprofil wie in Fig. 5 gezeigt. Die Seite der Schleifleiste, die sich mit dem Stromverteilerelement in Kontakt befindet, das im Schienenverkehr häufig ein Kettenfahrleitungsdraht (7) ist, weist im allgemeinen eine Schleiffläche mit 3 Ebenen, und zwar mit einer mittleren Ebene parallel zur Basis der Schleifleiste und zwei seitlichen, leicht geneigten Ebenen auf, die Übertragung der elektrischen Energie findet im wesentlichen im Bereich der mittleren Ebene statt, und die Schleifleiste hat daher in diesem Bereich die maximale Dicke. Die Schleiffläche besteht jedoch nicht notwendigerweise aus Ebenen, sie kann auch eine abgerundete Form haben, z. B. eine abgeflachte halbelliptische Form.

Die Verschleißleiste kann aus mehreren, in Schrägen zusammengesetzten und durch ein beliebiges bekanntes Mittel, z. B. durch Kleben an der Schnittfläche miteinander verbundenen Teilen bestehen. Bestimmte Bearbeitungen, z. B. eine Imprägnierung von kohlenstoffhaltigem Material mit einem flüssigen Metall, sind nämlich bis heute nur an Profilteilen mit geringen Längen möglich, die geringer sein können als die Länge einer Verschleißleiste. Es ist daher manchmal notwendig, Teile der Verschleißleiste zu behandeln und sie danach zusammenzusetzen.

Erfindungsgemäß hat die Rille (3) eine Höhe, die mindestens gleich groß ist wie die Höhe des Rücksprungs (6), die also auch die Höhe der Backe (8) des Bügels (5) ist, und zwar damit bei einer abgenutzten Verschleißleiste der Draht (7) die Rille (3) und das mit ihr verbundene Rohr (4) erreicht und das Verschleißsignal auslöst, bevor das im allgemeinen metallische obere Ende des Bügels erreicht ist, das das Stromverteilungsnetz, z. B. den Kettenfahrleitungsdraht (7) beschadigen könnte.

Die Eigenform der Rille ist selbst nicht kritisch und steht häufig im Verhältnis zu der Form des Rohrs, sie kann einen rechtwinkligen Querschnitt, wie in Fig. 1 gezeigt, einen Querschnitt mit einem halbkreisförmigen Abschnitt, wie in Fig. 4 gezeigt, oder auch einen quadratischen, dreieckigen, halhelliptischen Querschnitt etc. haben.

Die Maße des Rohrs (4) sind an die Größe der Rille (3) angepaßt, wobei sich das Rohr gänzlich in der Rille befindet.

Die Geometrie der Rille und des Rohrs zueinander kann entweder einen engen Kontakt zwischen Rille und Rohr, wie in Fig. 4 dargestellt, oder einen beschränkteren Kontakt, wie in Fig. 3 dargestellt, bedeuten.

Das Zusammensetzen des Rohrs (4) und der Verschleißleiste (2) durch Befestigen des Rohrs in der Rille (3) kann mit einem beliebigen bekannten Mittel erfolgen. Die beiden bevorzugten Arten und Weisen des Zusammensetzens des Rohrs und der Verschleißleiste gemäß der Erfindung bestehen jedoch in dem Einsetzen des Rohrs in die Rille, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, oder im Einkleben des Rohrs in die Rille, oder in einer Kombination der beiden Methoden.

Das Einsetzen des Rohrs (4) in die Rille (3) ist erfindungsgemäß bei verschiedenen Querschnitten von Rohren und angrenzenaen Rillen möglich. So kann sich ein Rohr mit quadratischem Querschnitt in eine Rille mit angrenzendem Querschnitt einfügen, so daß sich eine sehr große Kontaktfläche zwischen dem Rohr, dem "Wächtermaterial", und der Verschleißleiste, dem "überwachten" Material, ergibt.

Es wird ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt in eine Rille eingesetzt die einen halbkreisförmigen Abschnitt hat, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. In diesem Fall wird eine Klebverbindung (11) verwendet, um das Rohr fest mit der Rille zu verbinden.

Das Rohr und die Rille können auch unter Verwendung eines Klebers (10) zusammengesetzt werden, um das Rohr in die Rille zu kleben, wie in Fig. 3 dargestellt.

Vorzugsweise ist der Kleber ein Kleber mit Polymerisationshärtung in der Heizkammer (wärmeaushärtender Kleber), so daß die Kleberschicht die Fehler oder Spannungen des "überwachten" Materials mit größter Genauigkeit an das "Wächtermaterial" übermittelt. Es können erfindungsgemäß Kleber auf Elastomer- oder Thermoplastbasis verwendet werden, sie werden jedoch nicht bevorzugt, da sie die Spannungen weniger gut weitergeben als härtere oder elastischere Kleber.

Unter den wärmeaushärtenden Klebern können diejenigen auf Basis von Phenolharz oder Epoxydharz genannt werden.

Alle diese Techniken des Zusammenbaus ergeben eine sehr starre Verbindung der Verschleißleiste mit dem Rohr, und die Anmelderin hat festgestellt, daß dabei eine gute Übertragung der Belastungen der Verschleißleiste auf das Rohr stattfand.

Im allgemeinen wird mindestens eines der Enden des Rohrs mit Mitteln versehen, mit denen das Rohrende an eine Erkennungsvorrichtung angeschlossen werden kann, wobei das andere Ende geschlossen ist. Wie bereits bekannt, enthält die Erkennungsvorrichtung in dem Rohr ein unter Druck stehendes Fluid und erkennt die Druck- oder Durchsatzschwankungen, die sich bei einem Leck aufgrund des normalen Verschleißes der Verschleißleiste oder eines auftretenden Defekts wie z. B. eines Risses ergäben.

Die durch Zusammensetzen des Rohrs (4) und der Verschleißleiste (2) hergestellte Schleifleiste (1) wird sodann im allgemeinen an einem ihrem Verwendungszweck entsprechenden Metallbügel (5), z. B. an einem Stromabnehmer, angebracht und befestigt.

Der Bügel (5), wie z. B. in Fig. 2 dargestellt, ist ein selbsttragender Bügel. Es kann auch ein nicht selbsttragender Bügel verwendet werden, der im Querschnitt die in Fig. 7 dargestellte Form haben kann

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht, wie bereits erwähnt, in der hohen Meßempfindlichkeit bei der Fehlererkennung. Obwohl diese Eigenschaft nicht einfach zu quantifizieren ist, hat die Anmelderin festgestellt, daß die Verschleißleiste der erfindungsgemäßen Schleifleiste keine Beschädigung wie z. B. einen Riß aufgrund eines Stoßes erlitt, ohne daß auch das Rohr beschädigt wurde und Risse aufwies. Dies ist das Ergebnis des in der Erfindung entwickelten Konzepts der Verwendung von zwei Materialien, eines "überwachten" Materials und eines "Wächtermaterials" mit ähnlichen Eigenschaften, insbesondere mit ähnlicher mechanischer Festigkeit und Elastizität, sowie deren Verbindung durch Ineinandersetzen oder mit Hilfe eines Klebers, der die Ausbreitung der Beschädigung von der Verschleißleiste (2) zu dem Rohr (4) nicht merklich abschwächt.

Die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Schleifleiste ergeben sich ebenfalls aus der Ähnlichkeit im Verhalten des "überwachten" Materials und des "Wächtermaterials" und sind wie folgt:

- gute Temperaturbeständigkeit der Schleifleiste: bei Betrieb oder während des Herstellungszyklus der Leiste treten Temperaturen von - 30 ºC bis + 200 ºC häufig auf. Diese Temperaturschwankungen wirken sich nicht schädlich auf die erfindungsgemäße Schleifleiste aus, deren beide Hauptbestandteile, die Verschleißleiste und das Rohr, im wesentlichen die gleichen Ausdehnungscharakteristika besitzen;

- gute Haltbarkeit und gute Ermüdungsfestigkeit in Anbetracht der Kohlenstoffhaltigkeit der Materialien, und ferner: die Entwicklung der Eigenschaften im Laufe der Zeit ist bei dem "Wächtermaterial" und dem "überwachten" Material die gleiche;

- gute Haltbarkeit der in der Erfindung verwendeten Materialien gegen aggressive chemische oder photochemische Einwirkungen (UV-Strahlen der Sonne);

- gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen elektrochemische Korrosion bei Feuchtigkeit und bei elektrischem Stromfluß. Alle diese Eigenschaften und alle diese Vorteile eigen den Zweck der Erfindung, dazu beizutragen, die Sicherheit, Ordnungsgemäßheit und Zuverlässigkeit der öffentlichen Verkehrsmittel und insbesondere der Hochgeschwindigkeitszüge zu gewährleisten.

Die Figuren 1 bis 5 entsprechen der Erfindung, Fig. 6 entspricht dem bisherigen Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Schleifleiste.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines an die Schleifleiste von Fig. 1 angepaßten Bügels (5).

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Schleifleiste von Fig. 1, die an dem Bügel (5) von Fig. 2 angebracht ist.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer Schleifleiste mit einem eingesetzten Rohr, das durch eine Klebverbindung (11) am Boden der Rille mit zum Teil halbkreisförmigem Querschnitt festgehalten wird. Der Kettenfahrleitungsdraht (7) ist ebenfalls dargestellt.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt und einen Längsschnitt einer Verschleißleiste, wobei die Verschleißfläche mit 3 Abschrägungen der Verschleißleiste mit Schnitt durch den Kettenfahrleitungsdraht (7) dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer Schleifleiste und ihren Bügel gemäß dem bisherigen Stand der Technik (GB 1374972) - Fig. 2A).

Fig. zeigt einen erfindungsgemäß verwendbaren nicht selbsttragenden Bügel.

Fig. 8 zeigt im Längsschnitt ein Beispiel für den Anschluß des mit der Verschleißleiste (2) fest verbundenen Rohrs (4) an die Erkennungsvorrichtung (13), die nicht dargestellt ist, mit Hilfe eines L-förmigen Ansatzstücks (14).

Zunächst wird aus Mischungen von Koks-, Graphitpulvern mit Pech eine Verschleißleiste aus amorphem Kohlenstoff (Ref. AR 129 der Gesellschaft Le Carbone Lorraine) hergestellt. Diese Mischung wird gepreßt, um eine zylindrische "Kugel" von 400 mm Durchmesser und 1000 mm Höhe zu formen. Diese "Kugel" wird zerschnitten und ein Profilteil erzielt, das im wesentlichen den größten Querschnitt der letztendlichen Verschleißleiste aufweist, dieses wird in Stäbe von gleicher Länge geschnitten, die in einem Ofen bei einer Temperatur der Großenordnung von 1300 ºC gebrannt werden.

Nach dem Brennen wird das Profilteil auf die Länge der letztendlichen Verschleißleiste zugeschnitten (696 mm) und durch Bearbeitung mit einer Rille versehen. Eine Rille kann auch durch Schneiden erzielt werden, doch besteht hierbei die Gefahr des Springens des Materials beim Brennen aufgrund der durch die Rille verursachten Verwindungen.

Der Teil des Profilteils, der in Kontakt mit den Backen (8) des Bügels kommen soll, wird sodann verkupfert und verzinnt wobei dieser Teil, der dem Bereich der seitlichen Rücksprünge (6) entsprlcht, unter Abdeckung des nicht zu verkupfernden und zu verzinnenden Bereichs verkupfert und verzinnt wird.

Sodann wird ein dichtes Kohlerohr hergestellt:

Es wird eine Kugel zerschnitten, die aus Pulvern und Bindemitteln ähnlicher Art wie die für die Verschleißleiste verwendeten besteht, jedoch mit kleinerer Körnung, was die Pulver betrifft, um. letztendlich ein Rohr von hoher Dichtigkeit zu erhalten. Es wird ein Profilrohr erzielt, das zum Brennen auf die Länge von 1500 mm geschnitten wird. Das Profilrohr wird bei ca. 1300 ºC gebrannt.

Um eine hohe Dichtigkeit zu gewährleisten, wird das Profilrohr mit einem warmeaushärtenden Harz getränkt, z. B. mit einem Phenolharz, das bei 200 ºC mehrere Stunden lang polymerisiert wird (das erzielte Material entspricht der Referenz JP 445 der Gesellschaft Le Carbone Lorraine).

Sodann wlrd jedes Ende des Rohrs mit einem L-förmigen Ansatzstück aus Aluminium (14) verbunden, indem das Rohrende in eine der Öffnungen des L-förmigen Ansatzstücks gesteckt und verklebt wird, wobei die andere Öffnung des L-förmigen Ansatzstücks für die Verbindung mit dem Erkennungssystem (13) innen mit einem Gewinde versehen ist und außen einen quadratischen Querschnitt aufweist, so daß das Ansatzstück durch Drehbewegung verriegelt werden kann, sobald es an dem Bügel positioniert ist. Es wurde eine erste Dichtigkeitsprüfung bei 1,5 MPa durchgeführt: Es treten bei diesem Druck keine Bläschen auf.

Sodann wird das mit seinen L-förmigen Ansatzstücken versehene Rohr und die Verschleißleiste zusammengesetzt, indem in die Rille der Verschleißleiste ein Kleber eingeführt wird, dem aus einem graphitstaubhaltigen Phenolharz besteht, und indem sodann das Rohr dergestalt angebracht wird, daß das Rohr sich auf dem Boden der Rille in Kontakt mit der Verschleißleiste befindet, und daß die beiden L-förmigen Ansatzstücke in rechtem Winkel zu der Basis der Verschleißleiste herausragen. Das Phenolharz wurde bei ca. 80 ºC polymerisiert.

Auf diese Weise erhält man eine Schleifleiste, bestehend aus einer Verschleißleiste, die fest mit einem Rohr verbunden ist, das mit Ansatzstücken versehen ist, die die dichte Verbindung mit einem System zur Erkennung von Lecks ermöglichen.

Sodamn wird die Schleifleiste und der Bügel zusammengesetzt, indem die Schleifleiste mittels der Elastizität der Bügelränder an dem Bügel eingeschnappt wird. Zuvor wurden an den Enden der Platte (12) des Bügels (5) Öffnungen (15) ausgeschnitten, die groß genug sind, daß die Ansatzstücke (14) mit Innengewinde und quadratischem Außenquerschnitt durchgesteckt werden können. Auf jedes Ansatzstück mit quadratischem Querschnitt wird eine Platte (16) mit einem quadratischem Loch aufgesteckt, das im wesentlichen den quadratischem Außenquerschnitt des Ansatzstücks mit einem leichten Spiel aufweist, das das Aufstecken ermöglicht, und sie wird an dem Bügel beispielsweise durch Nieten befestigt, so daß das Gewindeansatzstück (14) drehfest wird und daß eine dichte Schraubverbindung zu der Erkennungsvorrichtung (13) gewährleistet wird.

Sodann erfolgt eine Lötverbindung der Schleifleiste mit dem Bügel, der vor seinem Zusammensetzen mlt der Schleifleiste verztnnt wurde.

Sodann wird der obere Teil der Schleifleiste dergestalt bearbeitet, daß eine Schleiffläche mit 3 Ebenen, und zwar mit einer mittleren Ebene parallel zur Basis der Schleifleiste und zwei seitlichen, leicht geneigten Ebenen entsteht.

Schließlich und endlich wird die Schleifleiste mit Paraffin behandelt, um sie wasserabstoßend zu machen, und das Rohr erneut und unter den gleichen Bedingungen wie zuvor auf Dichtigkeit überprüft.

Die Eigenschaften der verwendeten Stoffe sind wie folgt:

Leiste AR 129 Rohr, Bez. JP 445 Biegefestigkeit Shorehärte Dichte Temperaturfestigkeit Haltbarkeit gegen UV Ausdehnung sehr gut bei beiden gleich

Es wurden folgende Tests an der Schleifleiste durchgeführt:

Test der Druckbeständigkeit: Da der Druck bel Betrieb 1 MPa beträgt, beträgt der Testdruck 1,5 MPa (klassischer Wasserdrucktest) während einer Zeitdauer von 1 bis 6 Stunden. Während dieses Tests wurden selbst bei Temeraturzyklen von - 30 ºC bis +200 ºC, einem Temperaturbereich, dem die Schleifleiste während des Betriebs ausgesetzt sein kann, keinerlei Bruch oder Druckverlust festgestellt.

Test der Meßempfindlichkeit bei der Erkennung von Fehlern:

Es wird eine Verschleißleiste mit ihrem Rohr einer Stoßfestigkeitsprüfung unterzogen (eine Masse wird aus einer bestimmten Höhe auf die Verschleißleiste fallengelassen - in der Art einer Charpy-Fallgewichtsramme). Es wurde Gleichzeitigkelt zwischen dem Auftreten von Rissen in der Verschleißleiste und der Erkennung des Fehlers beobachtet.

Temperaturfestigkeitsprüfung: Die Schleifleiste wird 100 Temperaturzyklen von -30 ºC bis +200 ºC unterzogen. Es wurde nach diesen 100 Zyklen keine Veränderung im Verhalten festgestellt.

Test der Überschreitung der Abnutzungsgrenze: Eine Schleifleiste wird auf einen Prüfstand gebracht und es wird die Benutzung simuliert (Geschwindigkeit, Auflagekraft, Schleifen am Kettenfahrleitungsdraht). Es wurde beobachtet, daß das Rohr sein Meßverhalten in keiner Hinsicht ändert und daß, sobald der Kettenfahrleitungsdraht in Kontakt mit dem Rohr kommt und dieses durchscheuert, das Rohr zu lecken beginnt und damit die Erkennung erfolgt, ohne daß ein Quetschen oder Brechen des Rohrs oder auch nur ein teilweises Springen der Verschleißleiste erfolgt. Die Erkennung erfolgt also deutlich vor jeglicher Beschädigung des Kettenfahrleitungsdrahts oder des Bügels.

Prüfung der Ermüdungsfestigkeit: Bei Normalbetrleb kann die Schleifleiste Biegebelastungen unterworfen werden, die hauptsächlich in der senkrechten Achse erfolgen. Die Schleifleiste wurde einem abwechselnden Biegen ausgesetzt, indem auf die Mitte der Leiste, deren beiden Enden auf zwei Auflagen ruhten, eine richtungswechselnde Kraft ausgeübt wurde. Das Biegen zeitigte einen Durchhang mit einer Amplitude von 0,5 bis 1 mm. Das Auftreten und die Ausbreitung von Rissen (die durch das Rohr erkannt wurden) wurde bei einem Durchhang mit einer Amplitude von mehr als 1 mm bzw. nach 10&sup6; Zyklen festgestellt. Diese Prüfung zeigt die gute Ermüdungsfestigkeit der Schleifleiste und bestätigt die Meßempfindlichkeit bei Erkennung der Fehler.

Eine vergleichende Prüfung, die mit einer identischen Verschleißleiste durchgeführt wurde, aber unter Verwendung eines Rohrs aus Silikonkautschuk, das mit einem Kleber der gleichen chemischen Art wie beim bisherigen Stand der Technik (GB 1 374 972) eingeklebt wurde, hat die zahlreichen Vorteile der Erfindung, insbesondere die Meßempfindlichkeit bei Erkennung der Fehler, bestätigt.


Anspruch[de]

1. Schleifleiste (1) zur Übertragung von elektrischer Energie auf rollendes Material, die aus einer Verschleißleiste (2) aus elektrisch leitendem Material auf Kohlebasis besteht, und die eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern der Verschleißleiste aufweist, welche auf der Seite der Verschleißleiste (2), die sich mit einem als Halter dienenden Bügel (5) in Kontakt befindet, über die gesamte Länge der Verschleißleiste (2) eine Rille (3) aufweist, in der ein dichtes Rohr (4) angeordnet und mit der genannten Verschleißleiste (2) durch Einsetzen und/oder Kleben fest verbunden ist, welches ein unter Druck stehendes Fluid enthält, als Sensor dient und mit einem weiteren Teil der genannten Erkennungsvorrichtung in Verbindung steht, wobei die genannte Schleifleiste dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material, aus dem das Rohr (4) besteht, mechanische Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Elastizität sowie thermomechanische Merkmale aufweist, die ähnlich sind wie die des Materials der Verschleißleiste (2), und daß die Tiefe (9) der Rille (3) größer bemessen ist als die Höhe der Backe (8) des Bügels (5), damit das Rohr (4) rechtzeitig den Verschleiß der Verschleißleiste (2) erkennt.

2. Schleifleiste nach Anspruch 1, wobei das Rohr (4) aus kohlenstoffhaltigem Material besteht.

3. Schleifleiste nach Anspruch 1, wobei das kohlenstoffhaltige Material, aus dem das Rohr (4) besteht, eine Verschleißfestigkeit hat, die höchstens gleich groß ist wie die des kohlenstoffhaltigen Materials, aus dem die Verschleißleiste (2) besteht.

4. Schleifleiste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das genannte Mittel zur festen Verbindung der Verschleißleiste (2) und des Rohrs (4) aus einem Kleber auf Basis von wärmeaushärtendem Harz besteht.

5. Schleifleiste nach Anspruch 4, wobei der Kleber auf Basis von wärmeaushärtendem Harz ein unter den Phenol- und Epoxydharzen ausgewähltes Harz enthält.

6. Schleifleiste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das genannte Mittel zur festen Verbindung der Verschleißleiste (2) und des Rohrs (4) aus dem Einsetzen des Rohrs in die Rille (3) besteht.

7. Schleifleiste nach Anspruch 6, wobei das Rohr (4) rollenförmig ist, wobei die Rille (3) der Verschleißleiste (2) einen halbzylindrischen Abschnitt aufweist, in den sich das Rohr einfügt und in dem das Rohr durch eine Klebverbindung eingesetzt gehalten wird.

8. Schleifleiste nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verschleißleiste (2) aus mehreren Teilen besteht, die durch ein beliebiges bekanntes Mittel zusammengesetzt werden.

9. Verfahren zur Herstellung einer Schleifleiste (1) aus kohlenstoffhaltigem Material nach einem der Ansprüche 1 bls 8, die fest mit einem Bügel (5) verbunden ist und aus einer Verschleißleiste (2) mit einer Rille (3) besteht, die ein dichtes Rohr (4) enthält, das mit einem System zur Erkennung von Lecks (13) verbunden ist, um Fehler der Schleifleiste zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Verschleißleiste (2) aus kohlenstoffhaltigem Material hergestellt wird, die in ihrem unteren Teil eine Rille (3) aufweist, deren Tiefe mindestens gleich der Höhe der Backe (8) des Bügels (5) ist, und deren Länge ähnlich wie die der Verschleißleiste (2) bemessen ist,

b) ein Rohr (4) aus kohlenstoffhaltigem Material, das bei einem Druck von mindestens 1 MPa dicht ist, mit ähnlichen Abmessungen wie die der Rille hergestellt wird, und an mindestens einem von dessen Enden ein metallisches Ansatzstück (14) befestigt wird, durch das der Anschluß an ein System zu Erkennung von Lecks (13) erfolgen kann,

c) eine Schleifleiste (1) hergestellt wird, indem die Verschleißleiste (2) mit dem Rohr (4), das in die Rille (3) der Verschleißleiste (2) eingefügt wird, fest verbunden wird, wobei das/die Ansatzstück(e) (14), die möglicherweise an einem Ende mit einem Gewinde versehen ist/sind, so ausgerichtet wird/werden, daß ein späterer Anschluß an das System zu Erkennung von Lecks (13) erfolgen kann,

d) die Schleifleiste (1) und der Bügel (5) fest verbunden werden, indem die Schleifleiste mittels der Elastizität der Backen (8) des Bügels an dem Bügel eingeschnappt wird und indem die Backen (8) insgesamt oder zum Teil mit dem diesem gegenüberbefindlichen ganzen Teil (6) der Schleifleiste oder einem Teil von diesem verschweißt werden, wobei dieses Teil (6) und eventuell der Bügel (5) zuvor behandelt wurden, um die Durchführung des Lötens zu ermöglichen,

e) Mittel eingesetzt werden, um das Ansatzstück (14) in dichter Weise mit der Erkennungsvorrichtung (13) verbinden zu können, ohne eine bedeutsame mechanische Belastung auf das Rohr (4) auszuüben.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Verschleißleiste (2) mit dem Rohr (4) fest verbunden wird, indem ein wärmeaushärtender Kleber, der eventuell Graphitpulver enthält, verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die Mittel, um das Ansatzstück (14) in dichter Weise mit der Erkennungsvorrichtung verbinden zu können, ohne eine mechanische Belastung auf das Rohr (4) auszuüben, die Verwendung eines Ansatzstücks (14) mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt und einer Platte (16) mit einer Öffnung mit im wesentlichen dem gleichen nicht kreisförmigen Querschnitt, durch die das Ansatzstück (14) paßt, umfassen, wobei die Platte (16) an der Basis (12) des Bügels (5) dergestalt befestigt ist, daß sie die Drehbewegung des Ansatzstücks (14) blockiert.







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