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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein selbstfahrender Wagen, der sich
in einem im Wesentlichen zylindrischen Stollen zu bewegen vermag.
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Genauer
betrifft die Erfindung einen selbstfahrenden Wagen, der sich innen
in dem Stollen fortbewegen kann, der durch eine Tunnelbohrmaschine im
Boden ausgeführt
ist, wobei dieser selbstfahrende Wagen als Servicefahrzeug für die Tunnelbohrmaschine
dient. Es kann insbesondere dazu dienen, Tübbingelemente zu der Tunnelbohrmaschine
zu bringen und Abraum zu beseitigen.
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Aus
dem Stand der Technik sind Wagen, die sich in einem Stollen zu bewegen
vermögen,
gemäß den Dokumenten
WO 99/43529 und
US 3872940 bekannt.
Bei einigen bekannten Lösungen
ordnet man am Boden des Stollens Schienen an, auf denen sich der
oder die Wagen fortbewegen können,
wobei diese Schienen vor allem zur Lenkung des Wagens dienen, wenn
der Stollen nicht gerade ist.
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Eine
derartige allgemein angewandte Lösung
weist natürlich
den Nachteil auf, dass innen in dem mit den Tübbings ausgestatteten Stollen
oder genauer gesagt innerhalb seiner Auskleidung Schienen verlegt
werden müssen.
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Eine
weitere Lösung
besteht darin, auf dem Wagen ein von einem Benutzer gesteuertes
Lenksystem vorzusehen, das die Lenkung des Wagens ermöglicht,
wenn der Stollen einen Kurvenabschnitt aufweist. Das Hinzufügen einer
Lenkungseinheit macht natürlich
die Ausführung
des Wagens komplizierter und erfordert bei Fahrten des Wagens die
Anwesenheit eines Bedieners.
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Ein
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen selbstfahrenden
Wagen bereitzustellen, der in einem derartigen Stollen fortbewegt werden
kann, ohne dass die Verlegung von Schienen erforderlich wäre und ohne
dass auf diesem Wagen spezielle Lenkungssteuermittel vorzusehen
sind, die es erlauben, die gegebenenfalls nicht geradlinige Eigenschaft
wenigstens einiger Stollenabschnitte zu berücksichtigen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
selbstfahrenden Wagen gelöst,
der sich in einem im Wesentlichen zylindrischen Stollen zu bewegen
vermag, mit
- – einem aus einem vorderen
bzw. einem hinteren Radsatz gebildeten Fahrgestell,
- – einem
Wagenkasten und
- – einer
waagerechten Längstragachse,
auf der der Wagenkasten in seiner Längsrichtung schwenkbar angebracht
ist, wobei jeder Radsatz mit einem Ende der Tragachse verbunden
ist.
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Jeder
Radsatz umfasst:
- – zwei Arme, wobei ein erstes
Ende jedes Arms schwenkbar an einem Ende der Tragachse angebracht
ist und die Arme in ein- und derselben Orthogonalebene zu der Tragachse
angeordnet sind;
- – Mittel
zum Einhalten eines Winkelabstandes zwischen den beiden Armen;
- – zwei
Antriebswellen, wobei jede Welle schwenkbar am zweiten Ende eines
der Arme angebracht ist, wobei diese Wellen orthogonal zu der Tragachse
ausgerichtet sind;
- – Mittel,
um die Wellen in Drehung zu versetzen, und
- – zwei
Räder,
wobei jedes Rad eine mit einer Antriebswelle fest verbundene Nabe
und wenigstens eine mit der Nabe fest verbundene kreisförmige Scheibe
umfasst, deren Umfang mit einer Vielzahl von Laufrollen versehen
ist, die mit der zylindrischen Wand des Stollens zusammenzuwirken vermögen, wobei
jede Rolle frei drehbar um eine zur Antriebswelle des Rades orthogonale
Achse angebracht ist.
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Es
versteht sich, dass sich infolge des Vorhandenseins der Rollen,
die die Lauffläche
jedes Rades bilden und deren Achsen im Wesentlichen parallel zu
der Hauptfortbewegungsrichtung verlaufen, die Gesamtfortbewegungskomponente
jedes Rades eines Radsatzes aus der Verbindung von geradliniger Hauptfortbewegung
und Fortbewegung durch das Laufen der Rolle in einer zur Hauptfortbewegungsrichtung
im Wesentlichen orthogonalen Richtung ergibt. Diese Kombination
der Fortbewegungsvektoren des gesamten Wagens gestattet die Fortbewegung des
Wagens in Kurvenabschnitten des Stollens, ohne dass ein Lenksystem
für diesen
Wagen vorgesehen werden muss. Es versteht sich insbesondere, dass durch
die Möglichkeit
der freien Drehung der Rollen Reibungs- und Verhakungseffekte vermieden
werden, welche die Fortbewegung des Wagens unterbinden oder beeinträchtigen
könnten,
wenn der Stollen eine nicht geradlinige Achse aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Schwerpunkt des Wagenkastens unterhalb der Tragachse des Wagenkastens
angeordnet, und ebenfalls vorzugsweise ist der Schwerpunkt jedes Radsatzes
unterhalb des Schwerpunktes des Wagenkastens angeordnet. Diese bevorzugten
Merkmale erlauben, dass die Mittelebene des Wagenkastens auch bei
Biegungen in eine senkrechte Position zurückkehrt, und be günstigen,
dass jeder Radsatz in seine Gleichgewichtslage zurückkehrt,
das heißt
diejenige, in der sich die Mittelebene des Radsatzes im Wesentlichen
mit der Senkrechten deckt.
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Vorzugsweise
weist jedes Rad drei zueinander parallele Scheiben auf, wobei der
Umfang jeder Scheibe mit Rollen versehen ist. Diese Anordnung erlaubt
es, die Kontaktfläche
zwischen den Rädern und
der Wand des Stollens zu vergrößern und
somit deren Beschädigung
durch eine punktuell zu große Last
zu vermeiden.
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Ebenfalls
vorzugsweise sind die Achsen der Rollen einer Scheibe in Bezug auf
die Achsen der Rollen der beiden anderen Scheiben zum Rand einer jeder
Scheibe versetzt. Dieser Versatz gestattet eine kontinuierliche
Lauffläche
der Rollen in Richtung der Welle eines jeden Rades.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung, die beispielhaft ohne einschränkenden Charakter angeführt sind.
Die Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Figuren, in denen:
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1 eine
Seitenansicht des selbstfahrenden Wagens ist;
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2 eine
Vorderansicht des selbstfahrenden Wagens mit dem sich in Ruhestellung
befindlichen Radsatz ist;
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3 eine
Vorderansicht eines Rades des Wagens ist;
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4 eine
diametrale Schnittansicht eines Rades des Wagens ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Rades eines Wagens ist; und
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6 eine
Vorderansicht des Wagens ist, wenn dieser gerade eine Kurve des
Stollens befährt, in
dem er sich fortbewegt.
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Unter
Bezugnahme auf zunächst 1 und 2 wird
eine bevorzugte Ausführungsform
des selbstfahrenden Wagens beschrieben. Dieser ist im Wesentlichen
von einem Wagenkasten 10 und einem Fahrgestell 11 mit
einem vorderen Radsatz 12 und einem hinteren Radsatz 14 gebildet.
Da die beiden Radsätze
identisch sind, wird nur der zum Beispiel hintere Radsatz 14 beschrieben.
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Der
Wagenkasten 10, der eine im Wesentlichen halbzylindrische
Form hat, ist mit dem Fahrgestell 11 durch eine waagerechte
Längsachse 16 verbunden,
wobei der Wagenkasten 10 mittels nicht dargestellter Lager
um die Achse 16 herum schwenkbar angebracht ist. An jedem
Ende der Achse 16, das mit 16a bzw. 16b gekennzeichnet
ist, sind die Radsätze 12 und 14 schwenkbar
angebracht. Wie nachstehend noch erläutert wird, sind die Radsätze 12 und 14 vorzugsweise
untereinander durch Längsträger 20 und 22 verbunden,
die natürlich
außerhalb
des Wagenkastens 10 parallel zur Längsachse verlaufen.
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Es
wird nun unter Bezugnahme auf 2 der hintere
Radsatz 14 beschrieben. Dieser wird von zwei im Wesentlichen
identischen Armen 24 und 26 gebildet. Ein erstes
Ende 24a, 26a jedes Arms ist durch Lager am Ende 16b der
waagerechten Tragachse 16 schwenkbar angebracht. Vorzugsweise wird
jeder Arm von einem im Wesentlichen geradlinigen Teil und von einem
zweiten Teil 30 gebildet, das mit dem ersten Teil 28 einen
Winkel bildet. Das zweite Ende 24b, 26b jedes
Arms trägt
eine Antriebswelle 32, deren Achse x, x' orthogonal zur Richtung X, X' der Tragachse verläuft. Die
Enden der Längsträger 20 und 22 sind
zudem mit dem Ende 24b bzw. 26b der Radsätze 12 und 14 fest
verbunden. Die beiden Radsätze
sind somit miteinander fest verbunden, um das Fahrgestell des Wagens
zu bilden. Der Winkel zwischen den beiden Armen 24 und 26 ein
und desselben Radsatzes wird durch ein Abstandsstück 34, dessen
Enden 34a und 34b fest mit diesen Armen verbunden
sind, auf einem konstanten Wert gehalten. Das Abstandsstück 34 ist
mit verschiedenen Befestigungslöchern 36 versehen,
die es auf diese Weise erlauben, den Winkel, den die beiden Arme
bilden, einzustellen und somit den Radsatz dem Durchmesser des Stollens
anzupassen, in dem der selbstfahrende Wagen sich fortbewegen soll.
Jeder Arm 24, 26 ist auch mit einem Motor 38 versehen,
der mit der Welle 32 durch geeignete Antriebsmittel zusammenwirkt,
um die Drehung eines jeden Rades 40 und 42 des
Radsatzes 14 zu steuern.
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Wie
in 3 und 4 besser zu erkennen ist, wird
jedes Rad, zum Beispiel das mit 40 gekennzeichnete, von
drei Scheiben 44, 46 und 48 gebildet, die
zueinander parallel sind und jeweils von zwei Wangen 50 und 52 gebildet
werden, die auf einer Nabe 54 befestigt sind, die ihrerseits
mit der Antriebswelle 32 fest verbunden ist. Jede Scheibe 44, 46, 48 ist
an ihrem Umfang mit Rollen 56 versehen, die die Lauffläche jeder
Scheibe 44 bis 48 und somit des gesamten Rades 40 bilden.
Diese Rollen sind drehbeweglich auf Achsen 58 angebracht,
die mit den Wangen 50 und 52 fest verbunden sind,
wobei diese Achsen orthogonal zu den Achsen x, x' der Antriebswellen der Rä der und
somit zu den Achsen der Räder verlaufen.
Die Rollen 56 sind am Rand der Scheiben 44 bis 48 gleichmäßig beabstandet
und durch Lager 60 schwenkbar auf den Achsen 58 angebracht.
Vorzugsweise sind die Rollen 56 aus einem Material hergestellt,
das einen geringen Reibungskoeffizienten hat, und ihre Außenseite
hat die Form einer Rotationsfläche,
deren Achse mit der der Achse 58 zusammenfällt und
die von einem Kreisbogenabschnitt 62 gebildet wird, derart,
dass jede Rolle die allgemeine Form eines Fasses hat.
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Wie
in 4 besser zu erkennen ist, ist der Durchmesser
des Kreises, auf dem die Achsen 58 der Rollen 56 der
mittleren Scheibe 46 angeordnet sind, vorzugsweise größer als
der Durchmesser des entsprechenden Kreises für die seitlichen Scheiben 44 und 48.
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Die
Achsen der Rollen 56a der Scheibe 44, der Rollen 56b der
Scheibe 46 und der Rollen 56c der Scheibe 48 sind
ferner vorzugsweise in Bezug auf die Achse des Rades winkelmäßig derart
versetzt, dass man eine kontinuierliche Lauffläche für jedes Rad erhält, das
von den drei Reihen der Rollen 56a, 56b und 56c gebildet
ist, wenn das Rad in Richtung seiner Drehachse x, x' betrachtet wird.
Mit anderen Worten, die Mittelebenen Q, Q' der Rollen 56, die zu ihren
Achsen 58 orthogonal sind, sind für jede Scheibe versetzt.
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Wie
in 5 dargestellt, ergeben sich die möglichen
ungehinderten Fortbewegungen eines jeden Rades 40, 42 bezüglich der
Wand, an der sich diese fortbewegen, infolge des Vorhandenseins
der Rollen 56 aus der Kombination von zwei möglichen Fortbewegungen,
einerseits einer Fortbewegung D1, die aus
der Gesamtdrehung des Rades um seine Achse x, x' resultiert, und andererseits einer
Fortbewegung D2, die aus der Möglichkeit
der freien Drehung der die Wand berührenden Rolle bzw. Rollen um
ihre Achsen 58 resultiert.
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Es
versteht sich, dass sich der gesamte Wagen aufgrund dieser beiden
möglichen
Fortbewegungsrichtungen auch dann fortbewegen kann, wenn der Stollen
keine geradlinige Achse aufweist, ohne dass jedoch dank der Querkomponente
der Fortbewegung D2 Mittel zum Lenken des
Wagens vorgesehen werden müssen.
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In 2 ist
der selbstfahrende Wagen in einem geraden Stollenabschnitt dargestellt.
Die beiden Arme 24 und 26 des Radsatzes sind bezüglich einer senkrechten
Mittelebene P, P' des
Stollens H symmetrisch.
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In 2 ist
der Wagen in einem geraden Abschnitt des Stollens H dargestellt.
In diesem Fall sind die beiden Arme 24 und 26 jedes
Radsatzes in Bezug auf eine diametrale senkrechte Ebene P, P' des Stollens symmetrisch.
Gleiches gilt für
den Wagenkasten 10 des Wagens, wenn dieser in Bezug auf
die Längstragachse 16 symmetrisch
beladen ist.
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In 6 ist
ein Wagen in einem nicht geraden Abschnitt des Stollens H dargestellt.
Zum Ausgleich des Umstandes, dass dieser Stollenabschnitt nicht
gerade ist, wird die längsgerichtete
Hauptfortbewegung der Radsätze
entlang der Achse des Stollens, wie bereits erläutert, mit einer Drehbewegung der
die Räder
bildenden Rollen 56 kombiniert. Diese Bewegungsverknüpfung bewirkt
in Bezug auf die senkrechte Ebene P, P' des Stollens eine Gesamtdrehung der
Radsätze 12 und 14 um
die Längstragachse 16.
Dies ist in 6 dargestellt.
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Es
ist wichtig zu unterstreichen, dass aufgrund des Umstandes, dass
der Schwerpunkt G1 unterhalb der Tragachse 16 des Wagenkastens 12 angeordnet
ist, dieser dazu neigt eine senkrechte Position einzunehmen, sobald
der Stollen H wieder ein geradliniges Profil aufweist. Sämtliche
Radsätze
weisen gleichfalls vorzugsweise einen Schwerpunkt G2 auf, der natürlich unterhalb
der Tragachse 16, aber auch unterhalb des Schwerpunktes
G1 des Wagenkastens angeordnet ist. Die sich aus diesen relativen Positionen
der Schwerpunkte ergebenden Zustände neigen
dazu, auch die Radsätze 12 und 14 wieder
in ihre senkrechte Ruhestellung zu bringen (Arm 24 und 26 symmetrisch
in Bezug auf die senkrechte Ebene P, P'), wobei diese Position in 2 dargestellt
ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde angegeben,
dass jedes Rad der Radsätze
von drei Scheiben 44 bis 48 gebildet ist, die jeweils
Rollen 56 tragen. Es versteht sich aber, dass bei bestimmten
Anwendungen jedes Rad auch nur eine mit den vorstehend beschriebenen
Rollen versehene Scheibe aufweisen könnte, oder auch nur zwei Scheiben.