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Die Erfindung betrifft ein Zweiwegefahrzeug mit einem Fahrgestell, an dem zwei Fahrzeugachsen mit jeweils einzeln angetriebenen Rädern gelagert sind, und mit Spurführungseinheiten, die über einen Antrieb vertikal zwischen einer abgesenkten Schienenführungsposition und einer angehobenen Straßenposition bewegbar sind.
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Derartige Zweiwegefahrzeuge werden beispielsweise als Waggon-Rangiergerät sowohl im Straßenbetrieb als auch im Schienenbetrieb eingesetzt. Hierbei ist es möglich, die frei beweglichen und nicht schienengebundenen Zweiwegefahrzeuge für besondere Einsatzzwecke auf Schienen fahren zu lassen. Um im Schienenbetrieb die Spurhaltung zu gewährleisten, werden dabei Spurführungseinheiten, meist in Form von Spurrädern, abgesenkt, die mit einem Spurkranz innen an den Schienen anliegen. Im Schienenbetrieb folgt das Fahrzeug dem Kurvenverlauf, indem es durch die Spurführungseinheiten in die Kurve gezwungen wird. Dabei tritt Verschleiß an den Schienen, an den Spurführungseinheiten und auch an den Rädern auf, die je nach Ausrichtung quer zur Fahrtrichtung auf den Schienen reiben können. Die
DE 10 2011 117 279 A1 offenbart ein solches Zweiwegefahrzeug mit motorisch angetriebenen Straßenantriebsrädern sowie Schienenrädern, die im Wesentlichen starr über Kraftmessdosen am Rahmen des Fahrzeugs befestigt sind. Eine ähnliche Lösung wird in der
EP 1 862 334 B1 für ein Zweiwegefahrzeug beschrieben, das höhenverstellbare Scheiben, die parallel zu Schienen geführt sind, und vier Räder aufweist, die jeweils einen Antriebsmotor aufweisen und einzeln über jeweils einen Stellmotor verschwenkbar am Fahrgestell aufgenommen sind. Als Alternative zu den Scheiben werden Bolzen vorgeschlagen, die um eine vertikale Achse drehbar gelagert sind.
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Um bei schienengebundenem Einsatz den Verschleiß an Schienen, Spurführungseinheiten und Rädern zu reduzieren, beschreibt die
EP 0 583 001 A1 ein Zweiwegefahrzeug mit als Tastrollen ausgebildeten Spurrädern, die seitlich beweglich gelagert sind. Hierzu sind zwei Spurräder über eine Welle, die in einem Rohr gelagert ist, fest miteinander verbunden. Den Spurrädern ist eine Auswerteeinheit zugeordnet, um lenkbare Laufräder zu lenken. Auch aus der
DE 10 2012 004 328 A1 ist ein Zweiwegefahrzeug bekannt, das quer zur Fahrtrichtung verschiebbare Schienenführungsräder aufweist. Da bei diesen Zweiwegefahrzeugen die Spurführungseinheiten nur quer zur Fahrtrichtung bewegbar sind, tritt weiter Verschleiß an Schienen, Spurführungseinheiten und Rädern auf.
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Weiter ist aus der
DE 21 07 270 C3 ein Zweiwegefahrzeug mit je zwei einer Fahrzeugachse zugeordneten Schienenführungen bekannt, die über vertikalachsige Schwenklager gegen die Torsionskraft von Gummibüchsen auslenkbar sind. Jede Schienenführung weist zwei auf den Schienen geführte Laufrollen auf, wobei die Schienenführungen durch eine Spurstange miteinander verbunden sind. Durch das Vorsehen von zwei Laufrollen an jedem Schwenklager und die Verwendung von Gummibüchsen, die nur nach Überwinden eines Torsionsmoments eine Auslenkung der Laufrollen ermöglichen, tritt ebenfalls an Schienen, Spurführungseinheiten und Rädern Verschleiß auf.
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Bei den bekannten Zweiwegefahrzeugen wird es neben dem Verschleiß und dem damit verbundenen Risiko des Entgleisens als nachteilig empfunden, dass diese nicht schräg zur Längsachse der Gleise einspuren können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber ein Zweiwegefahrzeug der oben genannten Art bereitzustellen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird im Wesentlichen mit einem Zweiwegefahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Spurführungseinheiten dabei jeweils um eine vertikale Achse, insbesondere frei, drehbar gelagert. Damit passen sich die Spurführungseinheiten beim Einspuren entsprechend an und richten sich während der Fahrt stets gemäß dem Gleisverlauf aus. Der Anfahrwinkel des Spurkranzes, d.h. der eingeschlossene Winkel zwischen Schienen und Spurkranz, ist in jeder Position gleich Null. Da sich die Spurführungseinheiten jeweils individuell dem Schienenverlauf anpassen können, ist die Spurführungskraft zwischen Schienen und Spurführungseinheit sehr gering. Der Verschleiß an Spurkranz und Schiene wird dadurch minimiert.
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Vorzugsweise weist jede Spurführungseinheit des Zweiwegefahrzeugs eine Laufrolle mit einem Spurkranz auf. Damit sorgt der Spurführungskranz dafür, dass das Zweiwegefahrzeug auf den Schienen nicht seitlich ausweichen kann. Durch die Spurführungseinheiten wird das Fahrzeug folglich entlang der Gleise geführt und das Entgleisen des Zweiwegefahrzeugs wird vermieden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spurführungseinheiten im Schienenbetrieb, d.h. wenn die Spurführungseinheiten auf die Schienen abgesenkt sind, abgesehen von der drehbaren Lagerung ortsfest an dem Fahrgestell fixiert. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass zwei einer gemeinsamen Fahrzeugachse zugeordnete Spurführungseinheiten an dem Fahrgestell um eine horizontale Pendelachse und/oder um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar gelagert sind. Bei dieser Alternative kann beispielsweise jede der Spurführungseinheiten einem der Räder zugeordnet sein und mit diesem relativ zu dem Fahrgestell bewegbar sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Zweiwegefahrzeug kann beispielsweise jedem Rad ein starr mit einer Fahrzeugachse verbundener Radkasten zugeordnet sein. Die Antriebe der Spurführungseinheiten und die Lagerung der Spurführungseinheiten können bei diesem Ausführungsbeispiel an dem Radkasten des der jeweiligen Spurführungseinheit zugeordneten Rades befestigt sein.
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Die beiden Antriebs-Achsen sind vorzugsweise mechanisch entkoppelt. Durch die Funktionstrennung lässt sich ein robuster Aufbau mit geringem Aufwand realisieren. Insbesondere für den Straßenbetrieb des Zweiwegefahrzeugs ist es vorteilhaft, wenn jeweils zwei Räder an einer gemeinsamen Fahrzeugachse angeordnet sind, wobei eine erste Fahrzeugachse um eine horizontale Pendelachse schwenkbar an dem Fahrgestell gelagert ist und eine zweite Fahrzeugachse um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar an dem Fahrgestell gelagert ist. Die Pendelachse ist beispielsweise um die Längsachse drehbar gelagert. Die dadurch erzeugte Kippbeweglichkeit um die Längsachse sorgt dafür, dass große Bodenunebenheiten und Störkonturen auf dem Boden überwunden werden können. Das Fahrzeug ist dadurch sehr gut auf unwegsamem Gelände einsetzbar. Beispielsweise ist die zweite Fahrzeugachse relativ zu dem Fahrgestell in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere etwa 20° bis etwa 60°, um die Schwenkachse schwenkbar. Durch diesen großen Schwenkwinkel hat das Fahrzeug einen geringen Wendekreis.
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Für die Antriebe der Spurführungseinheiten hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese jeweils Hydraulikantriebe sind. Alternativ hierzu ist auch ein Spindel- oder Schneckenantrieb möglich.
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Ein erfindungsgemäßes Zweiwegefahrzeug kann mit einfachen Mitteln besonders wendig ausgebildet werden, wenn jedes Rad einzeln angetrieben ist. Hierbei weist vorzugsweise jedes Rad einen separaten Antriebsmotor und ein vorgeschaltetes Getriebe auf. Es hat sich beispielsweise als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn als Antriebsmotor ein Elektromotor verwendet wird. In diesem Fall kann in dem Fahrgestell eine Batterie oder ein anderer Energiespeicher angeordnet sein. Alternativ zu einem rein elektrischen Antrieb kann beispielsweise auch ein Diesel-elektrischer Antrieb vorgesehen sein.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass das Zweiwegefahrzeug zusätzlich eine Steuereinheit aufweist, über die sich die Drehzahl und die Drehrichtung jedes Rades individuell einstellen lässt. Diese Steuereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet und ausgebildet, den Lenkwinkel des Zweiwegefahrzeugs durch die Drehzahldifferenz, insbesondere dynamisch, an den Rädern einzustellen. Durch die Variation der Drehzahldifferenz lassen sich die Lenkgeschwindigkeit und das Ansprechverhalten der Lenkung beeinflussen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Zweiwegefahrzeug im Schienenbetrieb ausschließlich durch die Spurführungseinheiten in den Schienen geführt. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass den Spurführungseinheiten jeweils ein Sensor zur Erfassung der Drehstellung relativ zu dem Fahrgestell um die vertikale Achse zugeordnet ist, wobei die Sensoren mit der Steuereinheit verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, über die Drehzahl der Räder eine Kurvenfahrt des Zweiwegefahrzeugs entsprechend einer durch die Auslenkung der Spurführungseinheiten detektieren Kurve der Schienen auszuführen. Mit anderen Worten dienen bei dieser Alternative die Spurführungseinheiten zusätzlich zur Führung des Zweiwegefahrzeugs in den Schienen auch dazu, abhängig von ihrer Winkelstellung relativ zu dem Fahrgestell auf die Drehzahl der einzelnen Räder einzuwirken.
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Das erfindungsgemäße Zweiwegefahrzeug lässt sich insbesondere als Waggon-Rangiergerät einsetzen und kann hierzu eine an dem Fahrgestell befestigte Rangierkupplung aufweisen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der jeweilige Antrieb der Spurführungseinheiten, beispielsweise mittels der Steuereinheit, stets so nachregelt werden, dass sich die Spurführungseinheiten in der Schienenführungsposition mit einem konstanten Druck auf die Fahrschiene ausrichten und mit dieser in Kontakt stehen. Diese Nachregelung des Antriebs der Spurführungseinheiten kann z.B. mit Hilfe eines Druckspeichers realisiert werden.
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Vorzugsweise weist das Zweiwegefahrzeug zusätzlich eine Fernbedienung auf. Um z.B. die Lenkrichtung (rechts/links), die Fahrtrichtung (vorwärts/rückwärts) und/oder Lenkvarianten (Lenken im Stand oder Lenken beim Fahren) anzuzeigen, kann eine entsprechende Zuordnung, beispielsweise eine Farbzuordnung, an Fahrzeug und Fernbedienung vorgesehen sein. Allgemein kann eine Zuordnung für die Lenkrichtung, die Fahrtrichtung und/oder eine Lenkvariante mittels korrespondierender Markierungen an dem Zweiwegefahrzeug und der Fernbedienung erreicht werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
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Es zeigen schematisch:
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1 in Perspektivansicht ein Zweiwegefahrzeug,
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2 in Perspektivansicht ein Detail des Zweiwegefahrzeugs nach 1,
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3 eine Draufsicht auf das Zweiwegefahrzeug nach 1, und
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4 in Seitenansicht das Zweiwegefahrzeug nach 1.
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In den Figuren ist ein Zweiwegefahrzeug 1, das beispielsweise als Waggon-Rangiergerät sowohl im Straßenbetrieb als auch im Schienenbetrieb eingesetzt werden kann, schematisch dargestellt. Hierzu ist das Zweiwegefahrzeug 1 mit einer Rangierkupplung 2 ausgestattet, die an einem Arm im Wesentlichen in Fahrtrichtung weist. Die Rangierkupplung 2 kann starr oder höhenverstellbar, beispielsweise schwenkbar, an dem Zweiwegefahrzeug 1 angebracht sein.
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Das Zweiwegefahrzeug 1 weist ein Fahrgestell 3 auf, das in der dargestellten Ausführungsform teilweise mit einer Außenhaut 4 verkleidet ist. Die in den 1 und 4 erkennbaren Öffnungen in der Außenhaut 4 können im Betrieb durch Klappen oder Blenden (nicht dargestellt) geschlossen werden. In der dargestellten Ausführungsform ist das Fahrgestell 3 bereichsweise als Unterboden des Zweiwegefahrzeug 1 ausgebildet, wobei innerhalb der Außenhaut 4 zusätzlich ein Tragrahmen 5 vorgesehen ist, der mit dem Fahrgestell 3 verbunden ist. Der Tragrahmen 5 kann insbesondere zur Aufnahme einer nicht dargestellten Batterie oder eines ähnlichen Energiespeichers dienen. Weiter kann in dem Tragrahmen 5 eine ebenfalls nicht dargestellte Steuereinheit gelagert sein.
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Wie insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich ist, weist das Zweiwegefahrzeug 1 eine als Pendelachse 6 ausgebildete erste Fahrzeugachse und eine als Schwenkachse 7 ausgebildete zweite Fahrzeugachse auf, die sich in dem in den Figuren dargestellten Zustand im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse, d.h. bei Geradeausfahrt zur Fahrtrichtung, erstrecken. Die Pendelachse 6 ist dabei über ein parallel zur Fahrzeuglängsachse an dem Fahrgestell 3 befestigten Lager 8 schwenkbar gelagert. Weiter ist die Schwenkachse 7 über ein vertikal, d.h. senkrecht zur Fahrzeuglängsachse verlaufendes, Lager 9 schwenkbar gelagert.
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Über einen im Detail nicht dargestellten Verriegelungsmechanismus können die beiden Fahrzeugachsen 6, 7 in ihrer zueinander parallelen Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verriegelt werden. In dieser parallelen Ausrichtung der Achsen 6, 7 fährt das Fahrzeug exakt geradeaus. Der Verriegelungsmechanismus kann beispielsweise einen hydraulisch betätigten Bolzen (nicht dargestellt) aufweisen, der ein Verschwenken der Schwenkachse aus der in den Figuren gezeigten neutralen Stellung sperrt. Diese Verriegelung der Schwenkachse 7 ist insbesondere im Schienenbetrieb zweckmäßig. In gleicher Weise ist auch eine in der dargestellten Ausführungsform nicht realisierte Verriegelung der Pendelachse 6 möglich.
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Jede der beiden Fahrzeugachsen (Schwenk- und Pendelachse) 6, 7 ist im Bereich ihrer seitlichen Enden mit einem Rad 10 versehen. Die Räder 10 weisen beispielsweise eine Lauffläche aus Gummi auf, mit der die Räder 10 sowohl auf einer Straße als auch auf eine Schiene abrollen können. Jedes der Räder 10 ist unabhängig voneinander antreibbar. Hierzu weist jedes der Räder 10 beispielsweise einen individuell ansteuerbaren Elektromotor (nicht gezeigt) sowie gegebenenfalls ein Vorschaltgetriebe auf. Unabhängig von der Verschwenkbarkeit der zweiten Fahrzeugachse 7 ist durch den individuellen Antrieb der Räder 10 eine Lenkung des Zweiwegefahrzeugs 1 durch Einstellung unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten der Räder 10 möglich.
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Jedem der Räder 10 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Radkasten zugeordnet, der, beispielsweise starr, mit der jeweiligen Fahrzeugachse 6, 7 verbunden ist. Das Zweiwegefahrzeug 1 weist weiter vier Spurführungseinheiten 11 auf, die im Schienenbetrieb eine Führung des Zweiwegefahrzeugs auf den Schienen ermöglichen. In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spurführungseinheiten 11 jeweils mittels eines an einem Radkasten befestigten Hydraulikstempels 12 in vertikaler Richtung verstellbar gelagert. Damit lassen sich die Spurführungseinheiten 11 unabhängig voneinander relativ zu dem Fahrgestell 3 in der Höhe verstellen. In 1 ist beispielsweise die linke Spurführungseinheit in ihre Schienenbetriebsposition abgesenkt worden, während die rechte Spurführungseinheit in die Straßen-Betriebsposition angehoben ist. Die Spurführungseinheiten 11 sind jeweils als Laufräder 13 mit einem Spurkranz 14 ausgebildet.
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Die Spurführungseinheiten 11 sind, zumindest in ihrer abgesenkten Schienenbetriebsposition, um eine vertikale Achse, die parallel zu den jeweiligen Hydraulikstempeln 12 verläuft, drehbar gelagert. Nach einer Ausführungsform sind die Spurführungseinheiten 11 um diese vertikale Achse, die in dem gezeigten Beispiel durch den jeweiligen Hydraulikstempel 12 definiert ist, frei drehbar. Damit können die Spurführungseinheiten besser auf Schienen eingespurt werden und die Reibung zwischen den Schienen und den Spurführungseinheiten wird verringert.
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Das Zweiwegefahrzeug 1 kann mit einer Fernbedienung (nicht dargestellt), zum Beispiel einer kabelgebundenen Fernbedienung oder einer Funkfernbedienung, ausgestattet sein, über die beispielsweise die Antriebe der Räder 10, die Hydraulikstempel 12 und/oder die Verriegelung der Fahrzeugachsen 6, 7 betätigt werden können. Im Straßenbetrieb, d.h. wenn die Spurführungseinheiten 11 angehoben sind, können von der Fernbedienung Sollwerte für die Geschwindigkeit der einzelnen Räder 10 an die Steuereinheit des Zweiwegefahrzeug 1 übermittelt werden, die von der Steuereinheit geglättet werden können. Bei konstantem Lenkwinkel erfolgt die Ermittlung der Solldrehzahl für die kurveninneren und kurvenäußeren Räder beispielsweise mit einer Funktion in Abhängigkeit der Geometrie des Fahrzeuges und des Lenkwinkels. Eine Verminderung oder Erhöhung des Solllenkwinkel kann entlang einer in ihrer Steilheit einstellbaren Rampe erfolgen, bis der neue Lenkwinkel erreicht ist.
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Das Einspuren des Zweiwegefahrzeugs 1 kann beispielsweise erfolgen, wenn das Zweiwegefahrzeug in beliebiger Stellung still steht, aber mit mindestens beiden Rädern einer Achse auf den Schienen in einer Position ist, die das ordnungsgemäße Ausfahren und Einspuren der Spurführungseinheiten 11 zwischen den Schienen erlaubt. Beispielsweise werden die Spurführungseinheiten einer Achse durch die Betätigung eines Kipptasters paarweise ein- und ausgefahren. Abweichend hiervon sind beispielsweise in 4 die Spurführungseinheiten 11 links vorne und rechts hinten abgesenkt dargestellt, wogegen die Spurführungseinheiten 11 rechts vorne und links hinten angehoben dargestellt sind. Dabei kann die tatsachliche Stellung der Hydraulikstempel von der Steuerungseinheit an die mobile Fernbedienung zurückgemeldet und durch farbige LEDs angezeigt werden.
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Weiter kann die Steuereinheit des Zweiwegefahrzeugs 1 so eingerichtet sein, dass bei Schienenfahrt nur die Geradesausfahrt vorwärts oder rückwärts möglich ist. Aufgrund der Führung des Zweiwegefahrzeugs 1 mittels der Spurführungseinheiten 11 auf den Schienen folgt das Zweiwegefahrzeug dem Verlauf der Schienen, ohne dass das Zweiwegefahrzeug über die Fernbedienung gelenkt werden muss. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Kurvenverlauf der Schienen zu detektieren, beispielsweise über Sensoren, die den drehbaren Spurführungseinheiten zugeordnet sind, und die Räder 10 des Zweiwegefahrzeugs 1 dem Kurvenverlauf entsprechend anzusteuern.
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Dabei passen sich die Spurführungseinheiten 11 durch die drehbare Lagerung den Schienen auch bei Kurvenfahrt an. Die drehbare Lagerung hat zudem den Vorteil, dass das Zweiwegefahrzeug 1 schräg zur Längsachse der Schienen einspuren kann. Die Spurführungseinheiten passen sich beim Einspuren entsprechend an und richten sich während der Fahrt stets an dem Schienenverlauf aus. Der Anfahrwinkel des Spurkranzes 14, d.h. der eingeschlossene Winkel zwischen Schienen und Spurkranz 14, ist in jeder Position gleich Null. Durch die Anpassung der Spurführungseinheiten 11 ist die Spurführungskraft zwischen Schienen und Spurführungseinheiten 11 sehr gering. Der Verschleiß an Spurkranz 14 und Schiene wird dadurch minimiert und das Entgleisen des Zweiwegefahrzeugs 1 vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zweiwegefahrzeug
- 2
- Rangierkupplung
- 3
- Fahrgestell
- 4
- Außenhaut
- 5
- Tragrahmen
- 6
- Pendelachse
- 7
- Schwenkachse
- 8
- Lager
- 9
- Lager
- 10
- Rad
- 11
- Spurführungseinheit
- 12
- Hydraulikstempel
- 13
- Laufrad
- 14
- Spurkranz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011117279 A1 [0002]
- EP 1862334 B1 [0002]
- EP 0583001 A1 [0003]
- DE 102012004328 A1 [0003]
- DE 2107270 C3 [0004]
