DE102006027906A1

DE102006027906A1 - Stromschienensystem zur Führung und Stromversorgung von Elektro-Straßenfahrzeugen

Info

Publication number: DE102006027906A1
Application number: DE200610027906
Authority: DE
Inventors: Joachim Dengler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-17
Filing date: 2006-06-17
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Stromschienensystem zur Führung und Stromversorgung von Elektro-Straßenfahrzeugen durch einen Rollenstromabnehmer, der auf Stromschienen läuft, die am Boden der Straße in einem Gehäuse angebracht sind. Mindestens zwei Rollenpaare sind am Stromabnehmer hintereinander angeordnet. Die Rollen jedes Paares stehen in einem sehr flachen Winkel, mindestens 110 bis 120°, zueinander. Die Eingriffsöffnungen für die Rollen am Schienengehäuse sind mit stabilen Klappen abgedeckt, die sich in Fahrtrichtung überlappen und sich nach innen öffnen. Sie sind federn an der Oberkante der Eingriffsöffnungen angebracht. Der Stromabnehmer kann an jeder beliebigen Stelle der Schienenstrecke in die Stromschienen eingreifen, indem er mit den positiven Halbrundprofilen der Rollen die Verschlußklappen des Schienengehäuses nach innen drückt. Die Rollen schließen sich beißzangenartig und klinken sich formschlüssig in die negativen Halbrundprofile der Stromschienen ein. Die Verschlußklappen werden dabei gegen einen Anschlag gedrückt und in einem etwas steileren Winkel als die Rollen gehalten. Dadurch sichern sie die Rastposition des Stromabnehmers. Der Strom wird von der einen Schiene über die Profile der Rollen abgenommen und auf der anderen Schiene wieder zurückgeführt. Nach dem Durchlauf des Stromabnehmers schließen sich die Klappen automatisch. Der Stromabnehmer ist vorzugsweise in der Mitte der Fahrzeug-Vorderseite von unten angebracht und überträgt seine seitlichen Bewegungen auf die ...

Description

Hierbei handelt es sich um ein Stromschienensystem zur Führung und Stromversorgung von Elektro-Straßenfahrzeugen durch einen Rollenstromabnehmer, der auf Stromschienen läuft, die am Boden der Straße in einem Gehäuse angebracht sind.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stromabnehmers, eingeklinkt auf dem Stromschienenkörper.
2 zeigt ein Schnittbild des Stromabnehmers, eingeklinkt auf dem Stromschienenkörper
3 zeigt ein Schnittbild des Stromabnehmers beim Absenken auf den (bzw. Abheben vom) Stromschienenkörper und das Öffnen der Verschlußklappen durch die Rollenprofile (bzw. das Schließen der Klappen).
4 zeigt ein Schnittbild von Stromabnehmer und Stromschienenkörper in getrenntem Zustand, mit geschlossenen Verschlußklappen
5 zeigt eine Draufsicht des Stromabnehmersystems, wobei der Abnehmer vor der Vorderachse montiert ist.
6 zeigt eine Draufsicht des Stromabnehmersystems, wo der Abnehmer hinter der Vorderachse montiert ist.
Einige solche Systeme sind bekannt, haben jedoch Schwachstellen und haben sich vermutlich deshalb noch nicht für den großflächigen Einsatz durchsetzen können.
Ein Hauptproblem besteht darin, bei geringstmöglichem Verschleiß und Geräuschentwicklung durch Reibkontakt mit den Stromschienen oder deren Abdeckungen trotzdem einen sicheren Halt der Rollen auf den Stromschienen zu gewährleisten.
Bekannte Lösungen sehen hauptsächlich nur eine senkrechte Belastung des Stromabnehmers nach unten auf die Schienen vor. Eine Kraftaufnahme des Stromabnehmers nach oben ist entweder nicht, oder bei Rollen mit einer steilen V-Stellung nur mit den Seitenflächen der Rollen vorgesehen. Auch eine seitliche Kraftaufnahme des Stromabnehmers und das Öffnen der Schienenabdeckung ist bei Rollen mit einer deutlichen V-Stellung nur durch deren Seitenflanken möglich. Dadurch entsteht jedoch ein Schleifeffekt und damit Reibung, Verschleiß und Geräuschentwicklung. Außerdem sind, um ein Kippen oder Verdrehen des Stromabnehmers auf den Schienen zu verhindern, mindestens 3, besser 4 Auflagepunkte notwendig. Ein einziges Rollenpaar reicht nicht aus.
Ein sicherer Halt des Stromabnehmers und eine Kraftaufnahme nicht nur nach unten, sondern besonders auch seitlich aber auch nach oben ist notwendig um ein Fahrzeug zuverlässig zu lenken. Auch auf eine dauerhaft robuste Schienenabdeckung kann nicht verzichtet werden, da im öffentlichen Straßenverkehr keine Sicherheitsabstände von Personen eingehalten werden können.
Das Problem wird durch Patentanspruch 1 gelöst.
Die Stromanehmerrollen jedes Paares (1a, b und 2a, b) stehen in einem sehr flachen Winkel von mindestens ca. 110 bis 120 Grad zueinander (entsprechend einem Öffnungswinkel zwischen den Rollenachsen von 60 bis 70 Grad oder kleiner) und haben ein positives Halbrundprofil (5), mit dem sie sich beisszangenartig formschlüssig in die negativen Halbrundprofile der Stromschienen (7, 8) einklinken.
Dadurch wird der Halt auf den Schienen durch formschlüssigen Kontakt der Halbrundprofile der Rollen und der Schienen miteinander gewährleistet.
Durch die Notwendigkeit, zwecks Vermeidung von Reibung Rollen mit großem Durchmesser zu verwenden und diese Rollen wegen dem notwendigen Halt auf den Schienen in einem sehr flachen Winkel zueinander zu stellen, ist ein ebenerdiger Einbau des Schienenkörpers nicht praktikabel.
Dadurch ergibt sich das Problem, daß das Schienengehäuse, um nicht zu einem unüberwindbaren Hindernis im Straßenverkehr zu werden, ein kleines, abgerundetes Profil aufweisen muß und stabil genug sein sollte, um von Fahrzeugen mit Pneus überquert werden zu können und deren Gewicht zu ertragen, ohne dabei beschädigt zu werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 2, 3 und 4 gelöst.
Der Boden (13) des Gehäuses (4), der mittige Steg (22), der zusätzlich die beiden Stromschienen (7, 8) voneinander trennt und der abgerundete Dachabschnitt (21) bilden zusammen eine stabile Doppel-T-Konstruktion. Der Dachabschnitt (21), die Klappen (14) und die Seitenwände (19) bilden zusammen eine Tunnelform, die für Fahrzeuge mit luftgefüllten Reifen leicht zu überwinden ist.
Ein ebenerdiger Einbau des Schienenkörpers ist abgesehen vom Kostenaufwand auch wegen dem Problem der Straßenfeuchte nicht zu empfehlen, da trotz Abdeckungen Kurzschlüsse zwischen den Schienen nur schwer zu vermeiden sind.
Um das Problem der Straßenfeuchte zu lösen, ragen nach Anspruch 5 die Oberkanten der Gehäusewände (20) bzw. die Unterkanten der Eingriffsöffnungen für die Stromabnehmerrollen einige Zentimeter über die angrenzende Straßenoberfläche hinaus. Dadurch wird die Gefahr reduziert, daß das Schienengehäuse bei Bildung von Regenpfützen auf der Straße mit Wasser vollläuft, was zu Kurzschlüssen führen würde.
Eine weitere Sicherheitsmaßnahme kann die abschnittsweise Zuschaltung der Schienen an die Stromspannung sein bei Annäherung des Fahrzeugs, wie schon bei anderen Patenten beschrieben.
Da die Stromschienen auf sehr kleinem Raum nebeneinander liegen, besteht die Gefahr von Spannungsüberschlägen, Kurzschlüssen und Kriechströmen. Dies wird durch die Ansprüche 2, 8 und 9 verhindert. Jede Hälfte des Schienengehäuses und des Stromabnehmers weist nur ein einziges Strompotential auf. Der Strom wird von der einen Schiene abgenommen und über die andere wieder zurückgeführt.
Um wiederrum Verschleiß zu vermeiden wird die Weiterleitung des Stroms von den Rollen an den Fahrzeugantrieb vorzugsweise an einer nahe oder auf der Rollenachse liegenden Stelle (15) durch Schleifkontakte, vorzugsweise Kohlebürsten vorgenommen, weil dort die Reibungsgeschwindigkeit am geringsten ist.
Die Schienen sind duch ihre Lage und die Form des Gehäuses voneinander isoliert. Das Gehäuse kann z.B. aus Stahlguß hegestellt werden und zur Isolation mit Kunststoff ummantelt werden.
Der Stromabnehmer besteht im Prinzip bis auf die Rollen, die Schleifkontakte und die Stromzuführungen zum Fahrzeugantrieb aus einem elektrisch nichtleitenden Material (26).
Ein anderes Problem sind die Abdeckungen der Stromschienen. Andere bekannte Lösungen sehen dafür ein sehr flexibles, nicht sehr robustes, gummiähnliches Material vor, das leicht zu beschädigen ist. Entweder muß es angehoben werden oder es ist als schmale Dichtlippe ausgeführt.
In jedem Fall ist aber das Ansetzen und Abheben des Stromabnehmers von den Schienen an jeder beliebigen Stelle entweder sehr kompliziert, mit einer großen Gefahr, die Abdeckungen zu beschädigen, oder sogar ganz unmöglich.
Dieses Problem wird durch die Ansprüche 1, 4 und 6 gelöst. Die Abdeckungen bestehen aus dicken, nicht oder nur wenig flexiblen Klappen (14), z.B. aus hartgummiummantelten Metall- oder Kunststoffformteilen, die sich in Fahrtrichtung überlappen. Sie sind an Scharnieren (16) an den Oberkanten der Engriffsöffnungen aufgehängt. Der Stromabnehmer (3) mit seinen Rollen senkt sich scherenförmig und beißzangenartig auf das Schienengehäuse (4) und drückt dabei die Verschlußklappen (14) mit dem Halbrundprofil der Rollen (5) ins Gehäuseinnere bis gegen einen Anschlag (25). Dadurch stehen die Klappen während des Durchlaufs des Stromabnehmers in einem konstanten, etwas steileren Winkel zueinander als die Rollen. Nur das positive Halbrundprofil der Rollen hat Kontakt mit den Klappen und nur ein schmaler Randstreifen des Rollenprofils hält die Klappen während des Durchlaufs geöffnet, weshalb die Beschädigungsgefahr sehr gering ist und nur wenig Reibung entsteht. Außerdem wird durch die Stellung der Klappen ein Abspringen des Stromabnehmers ausgeschlossen.
Um den Richtungsverlauf der Schiene während der Fahrt möglichst frühzeitig zu erfassen und auf die Lenkung des Fahrzeugs zu übertragen, sollte der Stromabnehmer vorzugsweise möglichst weit vorne am Fahrzeug angebracht sein. Da wie bei der Autobahn aus Sicherheitsgründen sowieso nur in eine Richtung gefahren werden sollte, und eine Rückwärtsfahrt auf der Schiene auch wegen der einseitigen Überlappung der Verschlußklappen nicht vorgesehen ist, kann der Stromabnehmer sogar vor der Vorderachse des Fahrzeugs angebracht sein.
Dort lenkt er direkt – über eine mechanische Verbindung mit der Spurstange des Fahrzeugs und eine zwischengeschaltete Servounterstützung – oder auch indirekt über eine elektronische Lösung das Fahrzeug in die richtige Richtung.
Durch die einfache und kostengünstige Bauweise eignet sich dieses System zur schrittweisen Elektrifizierung der Straßen des Landes.
Das weitere ist schon bei anderen Erfindungen ähnlich ausgeführt: Es können alle Arten von Fahrzeugen mit 4 Rädern oder mehr betrieben werden (Busse, LKWs, PKWs). Die Fahrzeuge sollten zusätzlich eine Brennstoffzelle oder einen Akku an Bord haben, um auf den noch nicht elektrifizierten Straßen fahren zu können. Lkws mit einer größeren Leistungsaufnahme haben mehrere Stromabnehmer mit mehreren Rollenpaaren oder zwischen den Rollen zusätzlich Schleifkontakte, mit denen sie den Strom von den Schienen abgreifen. Dies ist notwendig um die Kontaktfläche zu vergrößern und dadurch die Stromdichte an den Kontaktflächen in Grenzen zu halten.
Der Fahrer kann dann z.B. in der Stadt, wo sich eine Elektrifizierung aller verwinkelten Gassen noch nicht lohnt, mit Batteriebetrieb fahren und bei längeren Überlandstrecken, die schon ausgebaut sind, zur Schiene fahren, den Stromabnehmer runterklappen und in die Schiene einklinken, das Fahrziel in den Bordcomputer eingeben und sich ans Ziel fahren lassen.
Um Identität, Position, Geschwindigkeit und Abstand der Fahrzeuge zueinander zu erfassen, können die Bordcomputer der Fahrzeuge z.B. über eine zusatzliche Datenleitung im Schienengehäuse mit einem Zentralcomputer kommunizieren (wie schon bei anderen Lösungen ausgeführt).
Der Fahrer kann sich dann während der Fahrt mit anderen Dingen beschäftigen.
Nebenbei werden während der Fahrt die Batterien an Bord über die Schiene aufgeladen. Kurz vor Erreichen des Ziels kann er durch den Bordcomputer geweckt werden. Dann wird der Stromabnehmer wieder manuell oder automatisch von der Schiene abgehoben indem sich die Rollen scherenförmig öffnen, der Stromabnehmer wird hochgeklappt und der Fahrer fährt manuell im Batteriebetrieb bis an sein entgültiges Ziel.
Dadurch kommen zu den Vorteilen der Umweltfreundlichkeit durch Abwesenheit von Verbrennungsgasen, der erhöhten Verkehrssicherheit durch automatischer Lenkung der Fahrzeuge noch der Vorteil, das der Fahrer trotzdem noch die Freiheit hat, sein Fahrzeug selbst zu lenken.
Auch der Bau von Weichen mit Systemen dieser Art wurde schon bei anderen Patenten ausgeführt.

Claims

Stromschienensystem zur Führung und Stromversorgung von Elektro-Straßenfahrzeugen durch einen Rollenstromabnehmer, der auf in einem Gehäuse am Boden der Straße angebrachten Stromschienen läuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer (3) mindestens zwei hintereinander angeordnete Paare von Stromabnehmerrollen aufweist (1a, b, 2a, b), die in einem flachen Winkel zueinander beisszangenförmig angeordnet sind und beim Absenken auf das Schienengehäuse (4) mit ihren Kanten, die ein positives Halbrundprofil aufweisen (5), die federnd angebrachten Verschlußklappen des Gehäuses (14) nach innen drücken und mit dem inneren Randstreifen des Halbrundprofils während der Fahrt geöffnet hatten, während sie sich gleichzeitig mit dem übrigen Profil in die negativen Halbrundprofile der beiden Stromschienen (7, 8) formschlüssig einklinken und sie mit einem konstanten Druck so fest umfassen, daß der Stromabnehmer (3) nach allen Seiten (nach rechts, links, oben und unten) genügend Kräfte aufnehmen kann, um die mit einer Achschenkellenkung versehene Achse (9) des zugehörigen Fahrzeugs (10) über eine mechanische Verbindung (11) und mit elektronischer oder servomechanischer Unterstützung (12) zu lenken.
Stromschienensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine tunnelförmige Röhre mit einem Boden (13) und einem vorzugsweise halbkreisförmigen Tunnelbogen darstellt, die durch einen stabilen Steg in der Mitte (22) in zwei Hälften (23, 24) unterteilt ist, in welchen die beiden Stromschienenprofile (7, 8) elektrisch und räumlich voneinander getrennt parallel zueinander verlaufen.
Stromschienensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Steg (22) zusammen mit dem Gehäuseboden (13) und dem obigen Dachabschnitt (21) des Halbkreisbogens eine stabile Doppel-T-Konstruktion bildet.
Stromschienensystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kanten des Gehäusedaches an Scharnieren (16) die nach innen gehenden, dickwandigen, nicht oder nur wenig flexiblen Verschlußklappen (14) angehängt sind, die sich in Fahrtrichtung überlappen und die die schräg abfallenden Seitenabschnitte des Tunnelbogens bilden.
Stromschienensystem nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (13) links und rechts an die Gehäusewände (19) anschließt, die die unteren Abschnitte des Tunnelbogens bilden, deren Oberkanten (20) an die Verschlußklappen (14) anstossen und sich so weit über das angrenzende Fahrbahnniveau (17) erheben, daß die Wände einen Damm gegen Straßenfeuchte bilden.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) von den Profilen der Außendurchmesser (5) der Stromabnehmerrollen (1, 2) ins Gehäuseinnere bis gegen einen Anschlag (25) gedrückt werden, in dieser Anschlagposition in einem etwas steileren Winkel als die Rollen während des Durchlaufs der Rollen gehalten werden, dabei die Rastposition des Stromabnehmers auf den Schienen sichern und sich nach Durchlauf der Rollen wieder automatisch schließen.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die Außendurchmesser-Profile (5) der Rollen (1, 2) von den Schienen (7, 8) abgenommen wird und an einer geeigneten Stelle (15) durch Schleifkontakte von den Rollen abgenommen und an den Fahrzeugantrieb geleitet wird.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmerkörper (26) zwischen den Rollen aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Stromschiene ein elektrisches Potential aufweist und der Strom somit von der linken Schiene (7) über die linken Rollen (1a, b) zum Fahrzeugantrieb geleitet wird und über die rechten Rollen (2a, b) an die rechte Stromschiene (8) zurückgeleitet wird – und/oder umgekehrt.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fahrzeugen mit höherer Leistungsaufnahme mehrere Stromabnehmer mit mehreren Rollenpaaren am Fahrzeug angebracht werden können.
Stromschienensystem nach einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer (3) vorzugsweise im Bereich der Fahrzeug-Vorderseite über eine mechanische Verbindung (11) und eine zwischengeschaltete elektrische oder servomechanische Ünterstützung (12) mit der Spurstange des Fahrzeugs so verbunden ist, daß die Räder in die Richtung gelenkt werden, in die der Stromabnehmer auf den Schienen geführt wird.