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Die Erfindung betrifft ein nicht spurgebundenes, elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein derartiges Fahrzeug ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2017 203 046 A1 bekannt. Es umfasst einen Stromabnehmer zur Energieeinspeisung aus einer zweipoligen Oberleitungsanlage. Der Stromabnehmer weist je Kontaktpol mindestens eine sich quer zur Fahrzeuglängsachse erstreckende Schleifleiste zur elektrischen Kontaktierung des dem Kontaktpol zugeordneten Fahrdrahtes auf.
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Die Fahrdrähte der Oberleitungsanlage sind über Hänger an Tragseilen aufgehängt und bilden zwei Kettenwerke, welche von einem Mastsystem mit Quertrageinrichtungen getragen und über Abspanneinrichtungen abgespannt werden. Die Fahrdrähte beider Kontaktpole sind oberhalb der Fahrbahn angeordnet und verlaufen auf geraden Streckenabschnitten bezüglich der Fahrstreifenmitte eines elektrifizierten Fahrstreifens zentriert und zueinander parallel in einem vorgegebenen Mindestabstand. In Kurven wird der Verlauf des Streckenabschnitts durch eine windschiefe Anordnung der Fahrdrähte angenähert. Anders als bei Schienenfahrzeugen mit Stromabnehmern unterliegt die seitliche Relativlage von nicht spurgebundenen Fahrzeugen zu den Fahrdrähten aufgrund von Lenkbewegungen Schwankungen, wobei es einen unerwünschten Kontaktverlust zwischen Stromabnehmer und Fahrdrähten zu vermeiden gilt. Kritische Streckenabschnitte hinsichtlich der seitlichen Relativlage sind auch Parallelfelder, in welchen ein endendes und ein neu beginnendes Kettenwerk zur unterbrechungsfreien Energieeinspeisung parallel geführt sind. Die enge Toleranz in der seitlichen Relativlage rührt fahrzeugseitig von der Bauart der nebeneinander liegenden Schleifleisten für die beiden Kontaktpole her, deren Längen in Fahrzeugquerrichtung zur Einhaltung eines Mindestabstands zueinander und der zulässigen Gesamtbreite des Fahrzeugs begrenzt sind.
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Diesem Problem begegnet ein Transportsystem, welches aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 076 623 A1 bekannt ist, durch ein Fahrzeug mit einem aktiv seitlich nachführbaren Stromabnehmer. Der Stromabnehmer weist zwei Tragausleger auf, die jeweils am Fahrzeug und an die Schleifleisten tragenden Wippen derart kipp- und schwenkbar angelenkt sind, dass die Wippen sowohl anheb- und absenkbar als auch quer zur Fahrtrichtung bewegbar sind, um so Änderungen der Position des Fahrzeugs in Querrichtung auszugleichen. Hierbei ist ein großer Aufwand für die erforderliche Sensorik zur Bestimmung der aktuellen Relativlage zwischen Schleifleisten und Fahrdrähten, für die Ermittlung der aktuellen Stellgröße zur seitlichen Nachführung der Wippen sowie für die Aktorik zum aktiven Verschwenken der Tragausleger erforderlich.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2016 211 483 A1 ist demgegenüber eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung zum automatisierten Steuern eines elektrischen Straßenfahrzeugs für ein Wegesystem mit einem eine Oberleitung aufweisenden Energieversorgungssystem bekannt. Das Fahrzeug ermittelt laufend seine aktuelle Relativposition zu Infrastrukturmerkmalen und übermittelt diese an eine externe zentrale Sollfahrspur-Ermittlungseinrichtung. Diese stellt Relativpositionen einer dem Wegesystem zugeordneten Sollfahrspur bezüglich der Infrastrukturmerkmale bereit und sendet diese an das Fahrzeug. Das Fahrzeug ermittelt daraus eine Relativlage zwischen das aktuellen Fahrzeugposition und der Sollfahrspur und wird automatisch zur ermittelten Sollfahrspur gesteuert. Hierbei ist ein großer Aufwand für die Sensorik und Kommunikation zur Positions- und Relativlageermittlung von Fahrzeug, Oberleitung, Infrastrukturmerkmalen sowie eine entsprechende Fahrzeugsteuerung, etwa in Form eines Lenkassistenzsystems, erforderlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannte Art bereitzustellen, dessen Stromabnehmer einen großen lateralen Arbeitsbereich aufweist, um einen kontaktverlustarmen Betrieb auch auf Streckenabschnitten mit Kurven oder Parallelfeldern, die eine windschiefe Anordnung von Fahrdrähten nicht erlauben, zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Fahrzeug mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach umfasst das nicht spurgebundene, elektrisch oder hybridelektrisch angetriebene Fahrzeug einen Stromabnehmer zur Energieeinspeisung aus einer zweipoligen, je Kontaktpol einen Fahrdraht aufweisenden Oberleitungsanlage. Der Stromabnehmer weist je Kontaktpol mindestens eine sich quer zu einer Fahrzeuglängsachse erstreckende Schleifleiste zur elektrischen Kontaktierung des dem Kontaktpol zugeordneten Fahrdrahtes auf. Jede der Schleifleisten weist eine dem zugeordneten Fahrdraht zugewandte Kontaktfläche mit einem ebenen Mittelabschnitt und zwei sich beiderseits an den Mittelabschnitt anschließenden, nach außen hin ansteigend ausgebildeten Randabschnitten auf. Dabei sind die Schleifleisten derart quer zu einer Fahrzeuglängsachse bewegbar angeordnet, dass sie jeweils durch eine von einem die Kontaktflächen in einem der Randabschnitte beschleifenden Fahrdraht ausgeübte Stellkraft aus einer Mittelstellung quer zur Fahrzeuglängsachse auslenkbar sind. Durch ihre Querbeweglichkeit können die Schleifleisten passiv durch einen den ansteigenden Randabschnitt der Kontaktfläche beschleifenden Fahrdraht seitlich verschoben werden. Als Reaktion der vertikal nach oben gerichteten Andruckkraft des Stromabnehmers wirkt eine gleich große Gegenkraft vom Fahrdraht auf die Schleifleiste, die sich am ansteigenden Randabschnitt der Kontaktfläche entsprechend dem Anstiegswinkel am Kontaktpunkt in eine vertikal nach unten und eine horizontal nach außen gerichtete Kraftkomponente vektoriell aufteilt. Die horizontal nach außen gerichtete Kraftkomponente wirkt als Stellkraft, die die Schleifleiste aus einer Mittelstellung seitlich auslenkt. Der Randbereich kann beispielsweise mit nach außen hin konstantem Anstiegswinkel ansteigend ausgebildet sein, wodurch die vom Fahrdraht ausgeübte Stellkraft auf dem gesamten Randbereich konstant ist. Hierdurch bleibt der Stromabnehmer auch bei gewissen Lenkbewegungen in Schleifkontakt mit den Fahrdrähten, wodurch der seitliche Arbeitsbereich der Schleifleisten erfindungsgemäß ohne aktive Stellmittel für erweitert wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist wenigstens einer der Randabschnitte mit nach außen hin zunehmendem Anstiegswinkel ansteigend ausgebildet. Hierdurch wird bewirkt, dass die vom beschleifenden Fahrdraht auf die Schleifleiste ausgeübte Stellkraft zunimmt, je näher der Kontaktpunkt zwischen Fahrdraht und Kontaktfläche an den äußeren Rand der Schleifleiste kommt. Die Größe der Stellkraft kann somit durch die konkave Kontur der Kontaktfläche im Randabschnitt über den jeweils vorliegenden Anstiegswinkel eingestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug ein aufrichtbares Traggestell mit einem fahrzeugseitigen Ende, über das es sich an einem Fahrzeugaufbau abstützt, und mit einem freien Ende, an dem die Schleifleisten angeordnet sind. Außerdem umfasst es einen Hubantrieb zum Aufrichten des Traggestells und zum Andrücken der Schleifleisten an die Fahrdrähte. Der Hubantrieb kann beispielsweise als Faltenbalg oder Pneumatikzylinder ausgebildet sein. Das Traggestell kann zum Beispiel durch zwei parallele Tragarme gebildet oder als Pantograph ausgebildet sein, die über Stell- und Führungsstangen mit dem Hubantrieb gekoppelt sind, um das Traggestell aus einer abgelegten Ruheposition in einer aufgestellte Betriebsposition aufzurichten und in der Betriebsposition die Schleifleisten mit einer vorgebbaren Andruckkraft an die Fahrdrähte zu pressen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs trägt das Traggestell an seinem freien Ende je Kontaktpol eine um eine Fahrzeugquerachse kippbare Wippe. Dabei sind je Kontaktpol zwei Schleifleisten bezüglich der Fahrzeuglängsachse hintereinander und zueinander parallel an der dem Kontaktpol zugeordneten Wippe angeordnet. Durch die Anordnung der Schleifleisten auf einer Wippe können diese bei Auftreffen auf ein Störstelle am Fahrdraht eine nickende Ausweichbewegung ausführen, was das Schadensausmaß an den Schleifleisten, etwa das Ausbrechen von Schleifleistenmaterial, zumindest vermindert - wenn nicht verhindern kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind die Schleifleisten jeweils derart bewegbar mit der Wippe verbunden, dass sie relativ zur Wippe quer zur Fahrzeuglängsachse auslenkbar sind. Die Schleifleisten können beispielsweise in einer Führungsschiene mit der Wippe verbunden sein, welche den Schleifleisten eine der Stellkraft nachgebende Gleitbewegung seitlich zur Fahrzeuglängsachse ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Teil des Stromabnehmers mit geringer Masse durch die Stellkraft bewegt werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind die Wippen derart bewegbar mit dem Traggestell verbunden, dass sie relativ zum Traggestell quer zur Fahrzeuglängsachse auslenkbar sind. Die Auslenkbarkeit der Wippen kann anstelle oder zusätzlich zur Auslenkbarkeit der Schleifleisten vorgesehen sein. Die Auslenkbarkeit einer Wippe kann zum Beispiel durch eine Verschiebbarkeit der Wippe längs des Scheitelrohrs verwirklich werden. Dabei ist der Abstand zwischen dem Kontaktpunkt, an dem die Stellkraft an der Schleifleiste angreift, und dem Scheitelrohr noch so gering, dass nur kleine Hebelkräfte und damit verbundene Biegebelastungen auftreten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist das Traggestell einen das fahrzeugseitige Ende aufweisenden Unterarm und einen das freie Ende aufweisenden Oberarm auf, die derart gelenkig miteinander verbunden sind, dass das freie Ende relativ zum fahrzeugseitigen Ende quer zur Fahrzeuglängsachse auslenkbar ist.
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Diese Ausführungsvariante kann durch zusätzliche Gelenke mit vertikal ausgerichteten Drehachsen an den Verbindungen zwischen Unter- und Oberarm ausgeführt sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist das fahrzeugseitige Ende des Traggestells derart bewegbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, dass es relativ zum Fahrzeugaufbau quer zur Fahrzeuglängsachse auslenkbar ist. Hierbei kann sich das fahrzeugseitige Ende des Traggestells auf einen Schlitten abstützen, der in einer mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Schlittenführung quer zur Fahrzeuglängsachse verfahrbar ist, wenn eine Stellkraft auf die Schleifleisten wirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind die Schleifleisten und/oder die Wippen der beiden Kontaktpole derart gekoppelt, dass ihre Ausstellbewegungen synchron erfolgen. Zur Stabilisierung der Querbewegung des bewegbaren Stromabnehmerteils können die Kontaktpole über eine Koppelstange verbunden sein, damit die seitliche Bewegung der beiden Kontaktpole in Phase erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist der Stromabnehmer Rückstellmittel zur Ausübung einer die Schleifleisten und/oder die Wippen und/oder den Oberarm und/oder das Traggestell in die Mittelstellung rückführenden Rückstellkraft auf. Die Rückstellmittel können passiv oder aktiv ausgebildet sein. Neben passiven Rückstellmitteln, wie mechanische, pneumatische oder hydraulische Federelemente, können die Rückstellmittel auch aktiv, beispielsweise als Elektromotor oder als pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder, ausgebildet sein. Geraten die Fahrdrähte durch eine Lenkbewegung oder durch ihren Verlauf wieder in die ebenen Mittelabschnitte der Kontaktflächen, so verschwindet die Stellkraft und die Rückstellkraft kann die Schleifleisten wieder in ihre zentrierte Mittelstellung zurückführen.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
- 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in Draufsicht,
- 2 eine Schleifleiste des Fahrzeugs aus 1 mit Blick in Fahrzeuglängsachse und
- 3 ein Stromabnehmer des Fahrzeugs aus 1 mit Blick in Fahrzeuglängsachse
schematisch veranschaulicht sind.
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Gemäß 1 und 3 umfasst ein als Lastkraftwagen ausgebildetes, beispielsweise hybridelektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 einen Stromabnehmer 2 zur Energieeinspeisung aus einer zweipoligen Oberleitungsanlage. Die an sich bekannte Oberleitungsanlage weist einen als Pluspol dienenden Fahrdraht 3P und einen als Minuspol dienenden Fahrdraht 3N auf, welche oberhalb eines elektrifizierten Fahrstreifens 4, der hier durch eine Fahrbahnbegrenzung 5 und eine Fahrstreifenbegrenzung 6 markiert ist, angeordnet sind. Die Fahrdrähte 3P und 3N verlaufen parallel zueinander in gleicher Höhe über der Fahrbahnoberkante und auf dem hier dargestellten geraden Streckenabschnitt symmetrisch zu einer Fahrstreifenmitte, die sich bei der dargestellten Lage des Fahrzeugs 1 mit dessen Fahrzeuglängsachse 7 deckt. In Kurven wird der Verlauf der Fahrstreifenmitte durch Sehnenabschnitte in windschiefer Anordnung der Fahrdrähte 3P und 3N angenähert.
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Das Fahrzeug 1 umfasst ferner ein aufrichtbares Traggestell 8 mit einem fahrzeugseitigen Ende 9, über das es sich an einem Fahrzeugaufbau 10 abstützt, und mit einem freien Ende 11, an dem je Kontaktpol eine um eine Fahrzeugquerachse 12 kippbare Wippe 13 angeordnet ist. Jede der beiden Wippen 13 trägt zwei sich quer zur Fahrzeuglängsachse 7 erstreckende Schleifleisten 14 zur elektrischen Kontaktierung des dem Kontaktpol zugeordneten Fahrdrahtes 3P bzw. 3N. Die Schleifleisten 14 jeweils eines Kontaktpols sind bezüglich der Fahrzeuglängsachse 7 hintereinander und zueinander parallel angeordnet. Das Traggestell 8 weist einen das fahrzeugseitige Ende 9 aufweisenden Unterarm 15 und einen das freie Ende 11 aufweisenden Oberarm 16 auf, die derart gelenkig miteinander verbunden sind, dass sie mittels eines nicht dargestellten Hubantriebs über ein ebenfalls nicht dargestelltes Führungsgestänge pantographenartig aufstellbar sind. Der Hubantrieb dient auch zum Andrücken der Schleifleisten 14 an die Fahrdrähte 3P und 3N.
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Gemäß 2 weist jede der Schleifleisten 14 eine dem zugeordneten Fahrdraht 3 (Pluspol 3P oder Minuspol 3N) zugewandte Kontaktfläche 17 auf. Die Kontaktfläche 17 setzt sich aus einem ebenen Mittelabschnitt 17M und zwei sich beiderseits an diesen anschließenden, nach außen hin ansteigend ausgebildeten Randabschnitten 17R zusammen. Wird das Fahrzeug 1 innerhalb des Fahrstreifens 4 im Wesentlichen mittig gelenkt, beschleift der Fahrdraht 3 die Kontaktfläche 17 im ebenen Mittelabschnitt 17M, wo der Andruckkraft FA der Schleifleiste 14 eine gleich große Gegenkraft -FA des Fahrdrahts 3 entgegenwirkt. Wandert der Kontaktpunkt zwischen Schleifleiste 14 und Fahrdraht 3 in den Randabschnitt 17R, was durch Lenkbewegungen oder durch Änderungen im Fahrdrahtverlauf verursacht sein kann, so wird auf den Fahrdraht 3 nur noch eine entsprechend dem Anstiegswinkel α des Randabschnitts 17R verringerte Normalkraft ausgeübt. Die dieser Normalkraft entgegen wirkende Gegenkraft setzt sich vektoriell aus einer vertikal nach unten wirkenden Komponente FV und einer horizontal nach außen wirkenden Komponente FH zusammen. Die Schleifleisten 14 sind nun derart quer zur Fahrzeuglängsachse 7 bewegbar angeordnet, dass sie durch die als Stellkraft horizontal nach außen wirkenden Komponente FH aus einer Mittelstellung quer zur Fahrzeuglängsachse 7 auslenkbar sind. Bei konstantem Anstiegswinkel α ist die Stellkraft FH auf dem Randabschnitt 17R konstant. Sie kann aber auch dadurch zum äußeren Ende der Kontaktfläche 17 hin erhöht werden, wenn der Anstiegswinkel α nach außen hin zunimmt.
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Die passive, durch einen die Kontaktfläche 17 im Randabschnitt 17R beschleifenden Fahrdraht 3 ausgelöste Auslenkbewegung der Schleifleisten 14 vergrößert somit den seitlichen Arbeitsbereich des Stromabnehmers 2, so dass Kontaktverluste zwischen Stromabnehmer 2 und Fahrdrähten 3 besser verhindert werden können. Die Querbeweglichkeit der Schleifleisten 14 relativ zum Fahrzeugaufbau 10 kann gemäß 3 auf unterschiedliche Arten verwirklicht werden. So können die Schleifleisten 14 jeweils derart bewegbar mit der Wippe 13 verbunden sein, dass sie relativ zur Wippe 13 quer zur Fahrzeuglängsachse 7 auslenkbar sind. Alternativ oder zusätzlich können die Wippen 13 derart bewegbar mit dem Traggestell 8 verbunden sein, dass sie relativ zum Traggestell 8 quer zur Fahrzeuglängsachse 7 auslenkbar sind. Auch können Unterarm 15 und Oberarm 16 derart gelenkig miteinander verbunden sein, dass das freie Ende 11 relativ zum fahrzeugseitigen Ende 9 quer zur Fahrzeuglängsachse 7 auslenkbar ist. Ebenso kann das fahrzeugseitigen Ende 9 des Traggestells 8 derart bewegbar mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden sein, dass es relativ zum Fahrzeugaufbau 10 quer zur Fahrzeuglängsachse 7 auslenkbar ist. Der bewegliche Teil jeder Variante des Stromabnehmers 2 ist in 3 durch Strichpunktlinien nach unten abgegrenzt.
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Vorzugsweise sind die Schleifleisten 14 und/oder die Wippen 13 der beiden Kontaktpole derart gekoppelt sind, dass ihre Ausstellbewegungen synchron erfolgen. So können beispielsweise die Schleifleisten 14 eines Kontaktpols untereinander durch eine Kopplungsstange 18 verbunden sein oder die benachbarten Wippen 13 der unterschiedlichen Kontaktpole. Der Stromabnehmer 2 weist Rückstellmittel zur Ausübung einer die Schleifleisten 14 und/oder die Wippen 13 und/oder den Oberarm 16 und/oder das Traggestell 8 in die Mittelstellung rückführenden Rückstellkraft auf. Die Rückstellmittel können aktiv oder vorzugsweise passiv, etwa ein mechanisches Federelement, sein. Hierdurch wird der ausgelenkte Teil des Stromabnehmers 2 in die Mittelstellung zurückgeführt, sobald der Fahrdraht 3 die Kontaktfläche 17 wieder im Mittelabschnitt 17M beschleift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017203046 A1 [0002]
- DE 102011076623 A1 [0004]
- DE 102016211483 A1 [0005]
