Lichtbogenresistente Schleifstücke für erhöhte Betriebssicherheit im

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Lichtbogenresistente Schleifstücke für
erhöhte Betriebssicherheit im Winter
Der Lichtbogen zwischen Fahrdraht
Der Winter hat nicht nur schöne Seiten
Arc-Resistant Collector
Strips for Increased
Reliability in the Winter
und Metallträger verursacht an der
Winter is just around the corner and
Kontaktstelle zum Schleifstück sehr
with it a difficult time for railway sys-
hohe Temperaturen (2000 bis 3000
tems. Electric trains in particular, are
Grad Celsius), die zum Schmelzen des
subject to the risk that the current trans-
Metallträgers beziehungsweise in
mission from the overhead wire to the
weiterer Folge zu einer thermischen
pantograph becomes impaired by the
Überlastung der Verbindung zwischen
impact of weather conditions.
Kohle und Träger führen können.
In many cases the cause is the formation
The winter – sometimes picturesque,
sometimes tricky
Je nach Wetterlage treten die oben
of a layer of insulation on the overhead
genannten Phänomene mehr oder
Der Winter und damit eine schwere
wire that leads to a loss of contact
weniger stark auf.
between the overhead wire and the col-
Mitte der 1990iger Jahre waren die
lector strip. The formation of a layer of
Zeit für Bahnbetriebe steht vor der
Tür. Speziell elektrische Bahnen
laufen Gefahr, dass die Stromübertragung von der Oberleitung zum
Stromabnehmer durch Witterungseinflüsse beeinträchtigt wird.
Ursache ist in vielen Fällen die
Lichtbogenprobleme in Skandinavien
besonders massiv, deshalb hat Hoff-
tions:
mann & Co Elektrokohle AG (HOS) als
• Either by freezing rain
Abhilfe das Original „HCCS“-Schleifstück entwickelt, siehe Bild (HCCS =
Hoffmann Covered Carrier System).
Entstehung einer Isolierschicht am
Fahrdraht, welche zu Kontaktunterbrechungen zwischen Fahrdraht und
Schleifstück führt. Die Entstehung der
Isolierschicht ist klimatisch bedingt:
insulation is caused by climatic condi-
• or freezing fog that settles on the
overhead wire (frost)
The loss of contact, in turn, produces
Kohlenstoff-Graphit
Carbon-Graphite
arcing that is clearly visible to the eye,
particularly in conditions with low levels
of light. In the worst case,
Cu-Schicht
Copper layer
this results in the complete loss of contact in
• entweder durch Eisregen
the system.
• oder gefrierenden Nebel der sich an
der Fahrleitung anlegt (Raureif)
The arcing between the
Die Kontaktunterbrechungen wiede-
Faserverstärkter Kunststoff
rum bewirken Lichtbögen die man,
Fiber-reinforced plastics
speziell bei geringem Restlicht in der
kommt es zu völliger Kontaktunter-
metal carrier causes
very high temperatures
Armierungsteile
Umgebung, optisch eindeutig wahrnehmen kann. Im schlimmsten Fall
overhead wire and the
AI-Kontaktplatte
Armoring
Contact panel
brechung des Systems.
(2,000 to 3,000 degrees
Celsius) at the place of
In eine „rohrförmige“ Kohle wurde ein
Trägerverbund aus Glas- und Kohlefaser
eingebracht, dieser war allseitig, also auch
nach unten hin, von Kohle bedeckt
contact to the collector
A carrier compound made of glass and
carbon fiber was placed in a “tubular”
carbon strip which covered all sides of the
carrier with carbon, including the bottom.
carrier or, if not correct-
strip which can lead to
the melting of the metal
ed, to a thermal overload of the connection
between the carbon and
the carrier.
Depending on weather
conditions, the phenom-
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ena described above can occur more or
Diese Ausführungsform hat bei vielen
es in der Nacht mehrere Stunden
less frequently.
europäischen Voll- und Staatsbahnen
ohne Zugdurchgang, in welchen
aber auch Nahverkehrs- und Straßen-
sich der Raureif- beziehungsweise
bahnen seine optimale Funktion be-
Eisbelag am Fahrdraht stärker aus-
weisen können.
bildet als auf ständig frequentier-
In the mid-1990s, arcing problems became especially disruptive in Scandinavia, so Hoffmann & Co Elektrokohle AG
ten Strecken.
(HOS) developed the original “HCCS”
Probleme in der Beschaffung der
Collector Strip as a remedy, see picture
Rohstoffe (weltweite Knappheit von
• Zusätzlich wird die Bildung des
(HCCS = Hoffmann
Kohlenstofffaser) haben jedoch eine
Raureif- und Eisbelags am Fahrdraht
termingerechte und kostendeckende
eventuell durch geo- beziehungs-
Fertigung zunehmend erschwert.
weise topografische Umstände be-
Covered
Carrier
System).
This design was able to prove its optimal
günstigt. So kühlt der teilweise
functioning at many European national
Mit anderen Lösungsansätzen, wie
railways as well as at many local transit
Beschichtungen der Metall-Träger oder
authorities. Problems in procuring raw
dem Einsatz von Metallen mit höhe-
materials (worldwide shortage of carbon
rem Schmelzpunkt als Aluminium
• Durch den auf der relativ neuen
fibers), however, made timely delivery
(zum Beispiel Titan), konnte lediglich
Strecke noch wenig abgefahrenen
and cost-effective production increas-
eine Verzögerung der Beschädigung,
Fahrdraht und die hohe Antriebs-
ingly difficult.
jedoch keine echte Abhilfe erreicht
leistung der Züge ergibt sich eine
werden.
sehr hohe spezifische Stromdichte,
Other solution approaches, like coating
the metal carrier or the use of metals
Die Lichtbögen selbst können von
with a higher melting point than alu-
uns als Schleifstück-Hersteller nicht
minum (for example titanium), were
maßgeblich reduziert werden. Aller-
only able to delay the damage, and so
dings bietet Kohle die beste bezie-
they did not really represent a remedy.
hungsweise einzig wirkungsvolle
The arcing itself cannot be significantly
Resistenz gegen Lichtbögen.
reduced by us as collector strip manufacturers. However, carbon does offer
the best, or rather, the only effective
resistance to arcing.
In the winter of 2003/2004, a massive
cluster of collector strip failures on
the ICE 3 on the Cologne-Frankfurt line
occurred that were caused by the activation of the automatic dropping device. In
the worst cases, both pantographs were
affected, so that continued operation
was not possible, and the trains had to
be towed by Diesel locomotives. The issue
heftige Wind im Westerwald den
Fahrdraht verstärkt ab.
wodurch bei mangelhafter Kontaktgüte die Lichtbogenbildung
verstärkt oder frühzeitig ausgelöst
wird.
Die auftretenden Lichtbögen zerstörten
den Aluminiumträger der Klebeschleif-
Im Winter 2003/2004 kam es am ICE3
stücke und führten letztendlich zum
auf der Strecke Köln-Frankfurt/Main
Ansprechen der automatischen Senk-
zu einer massiven Anhäufung an
einrichtung.
Schleifstückausfällen durch Ansprechen der automatischen Senkeinrichtung. In den schlimmsten Fällen
waren beide Stromabnehmer betrof-
Abhilfe schafft der Schutz des metallischen Trägers vor Lichtbogeneinwirkung durch Kohle.
fen, so dass eine Weiterfahrt nicht
Zur Lösung der Lichtbogenproble-
möglich war und Züge von Diesel-
matik am ICE3 wurde im Jahr 2004
Loks abgeschleppt werden mussten.
das Konzept des „All Carbon“- Schleif-
Die Thematik sorgte damals sowohl
stücks von Hoffmann & Co Elektro-
in den Medien als auch bei der Deut-
kohle AG erneut aufgegriffen.
schen Bahn AG selbst für Zündstoff.
Dieses Konzept war in den 1990iger
ignited a heated discussion both in the
Zwar nicht dem skandinavischen
Jahren als Alternativlösung zum
media and at German Railway.
Winter ausgesetzt, gibt es auf dieser
HCCS-Schleifstück von Schunk Kohlen-
Strecke aber doch einige Speziali-
stofftechnik ins Leben gerufen wor-
täten beziehungsweise ausgeprägte
den (Hoffmann & Co. Elektrokohle AG
Although it is not the same as being subjected to the Scandinavian winter, there
are a few special problems with arcing
along this line that are caused by:
Lichtbogenbildung durch:
war damals noch Wettbewerber). Die
Entwicklung des „All Carbon“- Schleif-
• Nachtpausen auf der Route Köln-
stücks wurde aber seitens Schunk
• Non-use of the trains at night on the
Frankfurt/Main. Da diese Strecke
Kohlenstofftechnik eingestellt, nach-
Cologne-Frankfurt line. Because this
nur vom ICE 3 befahren wird, gibt
dem im Jahre 1999 Hoffmann & Co.
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Elektrokohle AG Teil der Schunk-
In der abgelaufenen Wintersaison
line is only used by the ICE 3, there is
Gruppe wurde. Von nun an stand das
2005/2006 hat das lichtbogenresi-
no passage of trains for several hours
Original-HCCS-Schleifstück zur Ver-
stente Schleifstück seine Feuertaufe
during the night, which leads to a
fügung und das „All Carbon“-Schleif-
am ICE 3 erfolgreich absolviert.
more intense buildup of ice and/or
stück verschwand in der Schublade.
Die Verknappung der Rohstoffe (Kohlenstofffaser) für das HCCS-Schleifstück sowie die Forderung nach
Integralbauweise führten zu einer Renaissance des All-Carbon-Konzeptes.
Die gesamte ICE 3-Flotte war von
Herbst an damit ausgerüstet, es gab
• Geographical and/or topographical
Schleifstückausfall durch Lichtbo-
conditions may also additionally pro-
geneinwirkung.
mote the formation of frost or ice.
Es hat sich darüber hinaus gezeigt,
wurde das Konzept um die für
dass es ausreicht, den Träger dreisei-
das Hoffmann-Klebesystem typischen
tig mit Kohle zu umschließen, der
Merkmale ergänzt – galvanische Ver-
Lichtbogen gelangt nicht bis zum
kupferung sowie vollflächige Verkle-
Aluminiumträger an der Unterseite.
und dem Gesamtsystem eine zusätzliche Abstützung beziehungsweise
verbesserte Gesamtfestigkeit.
continuously used lines.
im gesamten Winter keinen einzigen
Unter Nutzung von Synergieeffekten
bung geben der C-förmigen Kohle
frost on the overhead wire than on
Winds, which can be quite powerful in
the Westerwald region also contribute
considerably to the cold temperature
of the overhead wire.
• The relatively new line and infrequently used overhead wire as well as
Abgesehen davon, dass mit dem Ein-
the high drive power of the trains
satz des All-Carbon-Schleifstückes
result in a very high specific current
der schlimmste Fall eines Schleif-
density, which in the presence of defi-
stück- beziehungsweise Zugausfalls
cient quality of contact, leads to
vermieden werden kann, könnte auch
increased arcing or to arcing being
auf die bislang zum Teil begleitend
triggered earlier.
durchgeführten Maßnahmen, wie beispielsweise die Heizung oder Entei-
The arcing destroys the aluminum carrier
sung des Fahrdrahtes durch gezielten
of the adhesive bonded carbon strips
Stromkurzschluss, verzichtet werden.
and ultimately results in the activation
Diese Maßnahmen haben sich nicht
of the automatic dropping device (ADD).
nur als teuer erwiesen, weil sie die
One remedy is provided by protecting
Service- beziehungsweise Kontrollin-
the metal carrier from arcing with car-
tervalle der Fahrzeuge verzögern,
bon.
sondern auch als Ursache für mögliche Folgeschäden. Mit dem Einsatz
Querschnitt der lichtbogenresistenten Ausführung für den ICE 3. Der Metall-Träger und die
Verbindung zwischen Kohle und Träger werden
durch lichtbogenresistente Kohleflanken
geschützt.
des All-Carbon-Schleifstückes werden diese Maßnahmen überflüssig.
To solve the problem of arcing on the
ICE 3, the concept of the “All Carbon”
Collector Strip by Hoffmann & Co.
Elektrokohle AG was once again taken up
Auch im bevorstehenden Winter 2006/
in the year 2004. This concept had come
2007 vertraut die Deutsche Bahn AG
into being as an alternative solution to
für ihre ICE3-Flotte ausschließlich auf
the HCCS Collector Strip by Schunk
die lichtbogenresistenten Schleifstücke
Kohlenstofftechnik (Hoffmann & Co.
von Schunk/Hoffmann. Per Weisung
Elektrokohle AG was still a competitor at
Diese seitens Schunk/Hoffmann paten-
hat die Bahn AG verfügt, dass keine
the time). The development of the “All
tierten Ausführungen bieten Verbes-
anderen Ausführungen eingesetzt
Carbon” Collector Strip had been halted
serung im Bezug auf die Lebensdauer
werden dürfen.
by Schunk Kohlenstofftechnik after
Cross section of the arc-resistant design for the
ICE 3. The metal carrier and the connection
between carbon and carrier are protected by an
arc-resistant carbon jacket.
des Schleifstückes im Winterbetrieb,
Hoffmann & Co. Elektrokohle AG joined
da vorzeitige Ausfälle der Schleif-
In vorerst kleinerem Rahmen konnten
the Schunk Group in the year 1999. From
stücke durch Lichtbogeneinwirkung
die Vorteile der Ausführung auch be-
that point on, the original HCCS Collector
verhindert werden und gewährleisten
reits in Skandinavien, in der Schweiz
Strip was available and the “All Carbon”
somit auch erhöhte Betriebssicher-
und in Frankreich nachgewiesen wer-
collector strip disappeared into the
heit.
den.
drawer. The shortage of raw materials
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(carbon fibers) needed for the HCCS
ures that have been used hitherto, such
Das äußerst große Interesse seitens
Collector Strip as well as the demand for
as heating or de-icing the overhead wire
unserer Kunden auf der weltweit
integral construction led to a renais-
through the use of targeted short cir-
größten Bahn-Fachmesse INNOTRANS
sance of the all carbon concept
cuits. These measures have not only pro-
im September in Berlin hat den Bedarf
ven to be expensive because they delay
an lichtbogenresistenten Schleifstücken
the service or inspection intervals of the
als Problemlösung für den Winter-
vehicles, but they may also be the cause
betrieb eindrucksvoll bestätigt und
of possible consequential damage. With
durch die Präsentation kompetenter,
the use of the All Carbon Collector Strip,
kundenorientierter Lösungen gleich-
these measures will become unnecessary.
zeitig zahlreiche Kundenneukontakte
While taking advantage of synergy effects,
features typical for the Hoffmann
bonding system were added to the concept – copper electroplating as well as
full-surface bonding give the C-shaped
carbon strip and the entire system an
additional support and improved strength.
These designs, which have been patented
by Schunk/Hoffmannn, offer improvements with regard to the useful life of
the collector strip since premature failure of the collector strips caused by arcing is prevented, and thus a high degree
In the coming winter of 2006/2007 as
well, the German Railway will put their
Neben dem vor kurzem erstmals als
trust for their ICE 3 fleet exclusively in
Erstausrüster an die Société Nationale
the arc-resistant collector strips from
des Chemins de fer Francais (SNCF)
Schunk/Hoffmann. The German Railway
gelieferten „Hochstrom“-Schleifstück
has issued a directive stating that no
ist das lichtbogenresistente Schleif-
other design may be used.
stück ein weiterer Baustein, um die
of operational reliability is guaranteed.
The design has also proven its advan-
In the past winter season of 2005/2006,
tages in preliminary limited use in Scan-
the arc-resistant collector strip success-
dinavia, in Switzerland and in France.
fully completed its baptism under fire on
the ICE 3.
The tremendous interest of our customers at the world’s largest railway tech-
The entire ICE 3 fleet was equipped with
nology trade fair INNOTRANS in Berlin
the new collector strips from autumn on,
in September confirmed the demand for
and there was not one single collector-
arc-resistant collector strips for winter
strip failure due to arcing the whole win-
operation in an impressive manner, and
ter.
at the same time, many new contacts
Furthermore, experience has shown that
it is sufficient to enclose the carrier in
carbon on three sides, arcing does not
reach the underside of the aluminum
carrier.
were opened through the presentation of
competent customer-oriented solutions.
Together with the “High-Current” Collector Strip which we recently delivered for
the first time to the Société National des
Apart from the fact that the worst case
Chemins de fer Francais (SNCF) as an
scenario, namely the breakdown of a
original equipment manufacturer, the
collector strip or even of an entire train,
arc-resistant collector strip is one more
can be avoided by using the All Carbon
building block for defending and expan-
Collector Strip, their use also makes it
ding our market leadership for collector
possible to forgo accompanying meas-
strips.
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ermöglicht.
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Marktführerschaft bei den Schleifstücken zu verteidigen und weiter auszubauen.