-
Herkömmliche
Gleise für
den Personen- und Güterverkehr
weisen in der Regel 2 Schienen auf, auf denen sich die Züge meistens
mit einer Zugmaschine und mehreren Waggons manuell gesteuert bewegen. Trotz
großer
zu transportierender Massen wird bei diesen Systemen ein vergleichsweise
geringer Fahrwiderstand wirksam, da in der Regel metallische Räder auf
metallischen Schienen abrollen, und der Rollwiderstand daher vergleichsweise
klein ist. Durch die Verwendung von 2 parallel verlaufenden Schienen als
Fahrspur erübrigen
sich stützende
Elemente für die
Balancehaltung der Waggons, und zusammen mit dem Unterbau, der gleichzeitig
den Verbund der beiden Schienen sicher stellt, ist es möglich, große Kräfte aufzunehmen.
-
Diese
Gleissysteme weisen aus heutiger Sicht den erheblichen Nachteil
auf, dass die zu bewegenden Transporteinheiten wie Personen- oder
Güterwaggons
große
Ladekapazitäten
und daher auch große
Abmessungen aufweisen. Dies führt
im Falle einer vollen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Ladevolumens
zwar zu einer wirtschaftlichen Betriebsweise, die Idealerweise aber
nur dann erreicht wird, wenn die gesamte Ladung einer Transporteinheit
für nur
ein Ziel bestimmt ist. In den meisten Fällen lässt es sich aber nicht vermeiden,
dass einzelne Teile der Ladung oder auch einzelne Personen unterschiedliche
Zeile erreichen müssen.
Dies führt zwangsläufig dazu,
dass einerseits für
die gesamte Transporteinheit große Umwege in Kauf genommen werden
müssen,
bis auch die letzte Ladungseinheit entsprechend ihrer Bestimmung
ihr Ziel erreicht hat, und andererseits das Ladevolumen, auch wenn
es anfänglich
voll ausgenutzt wurde, bei Erreichen des Bestimmungsortes auf einen
Bruchteil geschrumpft ist. Üblicherweise
werden zwar an Zwischenstationen, an denen Teile der Ladung entnommen
werden müssen,
neue Güter
mit an der Strecke liegenden Zielen aufgenommen, um die Wirtschaftlichkeit
zu verbessern, dies führt
aber zu zahlreichen Zwischenstopps mit entsprechenden Haltezeiten,
die eine Verlängerung
der Transportzeit zur Folge haben. Auch beim Personenverkehr lassen
sich diese Nachteile feststellen, da für eine wünschenswerte gute Auslastung
möglichst
viele Zwischenstopps eingelegt werden, die das Aus- und Zusteigen
von Fahrgästen
ermöglichen.
Trotzdem lässt
sich erfahrungsgemäß nicht
vermeiden, dass viele Personenzüge
nur sehr schwach besetzt ihr Endziel erreichen.
-
Ein
weiteres Merkmal der derzeitigen Gleissysteme ist die Tatsache,
dass eine Reihe von Waggons in der Regel von nur einer Zugmaschine
gezogen werden. Dies mag auf den ersten Blick vorteilhaft sein,
da eine Antriebseinheit genügt,
um große
Massen zu bewegen, erweist sich aber als Nachteil, sobald die Kette
der Waggons aufgelöst
werden muss, weil einzelne Einheiten andere Ziele erreichen müssen. In
dieser Situation sind zusätzliche
Rangierloks erforderlich, die ein Umkoppeln der Waggons an andere
Züge mit
anderen Zielen ermöglichen.
-
Die
vorstehenden Überlegungen
lassen sich auch auf den Güter-
und Personenverkehr auf der Straße anwenden, mit dem Unterschied,
dass es sich in der Regel um deutlich geringere Tonnagen bzw. Personenzahlen
handelt. Als schwerwiegender Nachteil kommt aber hinzu, dass der
Energieeinsatz auf Grund höherer
Fahrwiderstände
auf die Transporteinheit bezogen deutlich höher ist.
-
Bei
den vorstehend beschriebenen Systemen erfolgt der Antrieb durch
Kraftschluss zwischen Rad und Schiene bzw. Rad und Straße. Dies
bedingt, dass jede Zugmaschine einen eigenen Antrieb mitführen muss,
was zwangsläufig
eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge hat.
-
In
den letzten Jahren sind neue Systeme erprobt worden, die die oben
genannten Nachteile vermeiden sollen. So wird zum Beispiel bei der
Magnetschwebebahn Transrapid sowohl der Antrieb als auch die Tragfunktion
durch einen Langstatorlinearmotor entlang der Fahrspur in Verbindung
mit einem Läufer
im Fahrzeug und entsprechenden Abstandsreglern realisiert. Das bedeutet,
dass sich der eigentliche Antrieb nicht mehr im Fahrzeug befindet,
sondern dieses durch die magnetischen Kraftwirkungen zwischen Stator
und Läufer
in Verbindung mit dem Wandern des magnetischen Feldes fortbewegt
wird. Mit dieser Technik können
einzelne Fahrzeuge auf der Magnetbahn individuell beschleunigt und
abgebremst werden und mit konstanter Geschwindigkeit fahren.
-
Darüber hinaus
befinden sich zur Zeit Schienenverkehrssysteme in der Erprobung,
die einen vollautomatischen Personen- und Güterverkehr ermöglichen
sollen. Dabei bildet jedes Fahrzeug eine autonome Einheit, die mit
entsprechenden Regel-, Kommunikations- und Ortungseinheiten versehen
ist, so dass vorgegebene Nah- und Fernziele in führerlosem Betrieb angesteuert
werden können.
-
Alle
bekannten Systeme nutzen zwei Spuren als Trag- und Führungselemente,
wobei die Spuren entweder in Form von Magnetschwebebahnen oder als
herkömmliche
Schienenstränge
zur Verfügung gestellt
werden. Bei der Verwendung herkömmlicher Schienenstränge übernehmen
diese die Trag- und Führungsfunktion,
während
der Linearmotor lediglich für
den Vortrieb zuständig
ist. Es ergibt sich der wesentliche Vorteil, das vorhandene Verkehrswege (Gleise)
genutzt werden können,
die lediglich entlang der Trassen um die Linearmotor-Technik erweitert werden
müssen.
-
Nachteilig
bei den bisher bekannt gewordenen Systemen ist die Inanspruchnahme
von gleichzeitig beiden Schienensträngen für ein Fahrzeug. Dies führt zwangsläufig zu
größeren Abmessungen der
einzelnen Fahrzeuge und damit zu großvolumigen Transporteinheiten
mit allen oben beschriebenen Nachteilen.
-
Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, vorhandene Gleise zu nutzen,
die genannten Nachteile aber zu vermeiden. Dazu übernehmen die Fahrzeuge grundsätzlich die
Aufgabe eines Shuttles und sind in vertretbarem Rahmen soweit verkleinert,
dass sie seitlich abgestützt
auf je einem Schienenstrang fahren können, auch in entgegengesetzten
Richtungen, ohne sich gegenseitig zu behindern. Jedes Shuttle erhält Kopplungselemente
für die
Befestigung von Personenkabinen oder Minicontainern, die von dem Betreiber
des Systems oder auch von den Kunden selbst zur Verfügung gestellt
werden können.
Die Shuttles können
auch spezielle Vorrichtungen für
das Mitführen
von kleinen Personenwagen, z. B. kleinen Elektroautos, aufweisen.
Die Passagiere verbleiben während
der Fahrt in ihrem Fahrzeug und gelangen vollautomatisch ohne weiteres
Zutun entspannt an ihr Ziel, um hier mit eigenem Fahrzeug weiterhin
und unabhängig
mobil zu sein. Erfindungsgemäß ist in
jedes Shuttle ein Regelungs-, Kommunikations- und Ortungssystem
integriert, das die dezentrale Steuerung bedarfsgerecht und unabhängig von
irgendwelchen Fahrplänen
auf der Basis der von den elektronischen Systemen zur Verfügung gestellten
Informationen übernimmt.
Auf diese Weise wird jedes Shuttle zu einer autonomen Einheit und
kann beispielsweise, wenn auf einem Schienenstrang eine erhöhte Verkehrsdichte
festgestellt wird, sein Ziel auch auf Umwegen in dünnerem Verkehr
erreichen.
-
Sollen
größere Transporteinheiten
bewegt werden, sieht die Erfindung den Verbund von zwei oder mehr
Shuttles vor. Wird z. B. der Transport einer längeren Einheit erforderlich,
können
zwei Shuttles hintereinander eingesetzt werden und beim Transport
breiterer Einheiten zwei Shuttles neben- und ebenfalls zwei Shuttles
hintereinander, wodurch praktisch unter der Transporteinheit vier
Tragepunkte entstehen.
-
Erfindungsgemäß soll es
auch möglich
sein, dass Shuttles, die ganz oder teilweise gleiche Strecken befahren,
sich zu einem Konvoi zusammenfinden, indem sich hinzukommende Shuttles
im Reißverschlussverfahren
eingliedern und berührungslos in
der Kette mitfahren. Auf diese Weise wird der Fahrwiderstand verringert
und Energie gespart. Kollisionen können vermieden werden, indem
die Shuttles mit Abstandssensoren ausgerüstet werden.
-
Der
Antrieb der Shuttles erfolgt vorzugsweise mithilfe der oben erwähnten Langstatorlinearmotore,
die beidseitig eines jeden Schienenstranges vorhanden sind und nicht
nur den Vortrieb, sondern auch mithilfe eines entsprechenden Regelsystems die
Balancierung des Shuttles übernehmen,
indem der Abstand zwischen Linearmotor und Läufer konstant gehalten wird.
Die Räder übernehmen
lediglich Trag-, Führungs-
und Lenkungsfunktion.
-
Es
soll aber auch möglich
sein, die Shuttles mit anderen Antrieben auszurüsten, indem ein auf die Räder wirkendes
Drehmoment durch Kraftschluss zwischen diesen und dem Schienenstrang
die Vorwärtsbewegung
bewirkt. Als Antrieb kann ein Verbrennungs- oder Elektromotor dienen,
der das Drehmoment gegebenenfalls über ein Getriebe auf die Räder überträgt. In diesem
Fall sind Stützbahnen
an den Seiten der Schienen erforderlich, auf denen sie die Shuttles
mithilfe von seitlichen Stützrädern zur Balancehaltung
abstützen.
-
Für den Transport
sehr kleiner Einheiten, wie sie beispielsweise überwiegend bei Kurierdiensten vorkommen,
kann ein Shuttle so klein gestaltet werden, dass seitlich in die
Schienenköpfe
eingefräste Führungsrillen
ausreichen, mit entsprechenden Führungselementen
die Kippkräfte
aufzunehmen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele in den Bildern
1 bis 6 beschreiben:
-
Die
Bilder 1 und 2 zeigen ein Beispiel der Erfindung, in dem als Antrieb
ein Linearmotor vorhanden ist. In Bild 1 ist ein Gleis mit zwei
Schienen 1 in der Draufsicht dargestellt, auf denen je
ein Shuttle 2 fährt,
das Andockelemente 3 für
das Befestigen von Personenkabinen, Minikontainern oder Kleinfahrzeugen
aufweist. Die Andockelemente 3 können konstruktionsbedingt auch
an anderen Stellen und in anderer Zahl vorhanden sein. Auf beiden
Seiten der Schienen 1 und unterhalb des Shuttles befinden
sich Langstatorlinearmotoren 5 für den Vortrieb der Shuttle 2,
so dass jede Schiene eine von der anderen unabhängige Fahrspur darstellt. Die
Abmessungen der Shuttle sind so gewählt, dass sie sich sowohl überholen
als entgegenkommen kommen können,
ohne Kollisionen zu verursachen.
-
Bild
2 zeigt einen Schnitt durch ein Shuttle quer zu seiner Längsrichtung.
Etwa mittig unter der Shuttelplattform befinden sich Tragräder 4,
die gleichzeitig mit den Führungskränzen 12 das
Shuttle in der Spur halten und um eine senkrechte Achse 16 in
einem kleinen Bereich lenkbar sind. An jedem Shuttle befinden sich
parallel zu den Langstatorlinearmotoren 5 und oberhalb
von diesen die Läufer 6, die
mit den Langstatorlinearmotoren 5 einen Luftspalt 7 bilden.
Der Luftspalt 7 ist einerseits für die technische Funktion dieses
Antriebssystems erforderlich, sorgt andererseits für die Balancehaltung
des Shuttles, indem seine Breite mit einem entsprechenden Regelsystem
konstant gehalten wird.
-
In
Bild 3 ist ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem jedes Shuttle einen eigenen Antrieb in Form
eines Verbrennungs- oder Elektromotors aufweist. Die Bewegung erfolgt über Kraftschluss
zwischen Schiene 1 und Antriebsräder 4, die direkt
oder indirekt über
ein zwischengeschaltetes Getriebe an den Antriebsmotor gekoppelt
sind. Die Führungskränze 12 übernehmen
auch hier die Spurhaltung, während seitlich
der Schienen vorhandene Bahnen 8 in Verbindung mit am Shuttle
vorhandenen Stützelementen 9 die
Kippkräfte
aufnehmen, so dass das Shuttle in der Balance gehalten wird.
-
Ein
Lösungsvorschlag
zum Transport größerer Kabinen
oder Container zeigt Bild 4. Hier wird eine vergleichsweise lange
Kabine 10 auf 2 Shuttles 2 so abgesetzt, dass
diese die Funktion der vorderen und hinteren Räder der Kabine übernehmen.
Für Kabinen
oder Container, die auch in ihrer Breite über das vorgesehene Maß hinausgehen,
können
zusätzlich
2 Shuttles auf der Parallelschiene eingesetzt werden, so dass 4
oder sogar mehr Shuttles gemeinsam eine große Transporteinheit tragen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
für die
Realisierung einer Weiche ist in Bild 5 dargestellt. Im Gegensatz zu
herkömmlichen
Schienensystemen ist es nicht mehr erforderlich, Schienenteile zu
bewegen, vielmehr wird die Weichenfahrt mithilfe des in Grenzen um
seine senkrechte Achse 16 lenkbaren Rades 4 in Verbindung
mit der in der Schiene vorhandenen Unterbrechung 11 durchgeführt. Die
Unterbrechung 11 verläuft
tangential zur Anschlussschiene 13 und ist mindestens so
breit wie ein Führungskranz 12 des Rades 4.
Für die
Weichenfahrt wird das Rad 4 in Richtung der Anschlussschiene 13 geschwenkt
und der Führungskranz 12 kann
durch die Unterbrechung 11 in Richtung der Anschlussschiene
rollen. Für
die Geradeausfahrt befindet sich zwischen der Schiene 1 und
der Anschlussschiene 13 ebenfalls ein Spalt von der Breite
mindestens des Führungskranzes 12, so
dass dieser den Spalt passieren kann, ohne von der Anschlussschiene 13 behindert
zu werden.
-
Bild
6 schließlich
zeigt einen Lösungsvorschlag
für den
Transport kleiner Einheiten, wie sie beispielsweise häufig von
Kurierdiensten befördert werden.
Hier entfällt
das aufwändige
wie in Bild 3 dargestellte Stützsystem.
Vielmehr wird es genügen,
in den Schienenkopf seitliche Führungsrillen 14 einzufräsen, in
denen die am Shuttle vorhandenen waagerechten Stützräder 15 ablaufen, die
die Kippkräfte aufnehmen.
Da die Seitenführung
hierdurch gewährleistet
ist, können
die Führungskränze 12 des
Tragrades 4 entfallen. Anstelle der Stützräder 15 können auch
Kugelumlaufbahnen eingesetzt werden, um die Reibung zu minimieren.