-
Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb für eine Volksbelustigungsanlage, insbesondere für eine Achterbahn, sowie eine Volksbelustigungsanlage mit einem solchen Reibradantrieb.
-
Bei derartigen Anlagen werden Wagen oder Züge, auf denen sich die zu befördernden Personen befinden, auf einer meist dreidimensional gewundenen Bahn oder Fahrstrecke bewegt. Die Bahn kann beispielsweise Loopings oder andere von den Fahrgästen als besonders aufregend empfundene Streckenabschnitte aufweisen. Sie ist üblicherweise als Schienenzug und in einer geschlossenen Schleifenform ausgebildet.
-
Zu Beginn einer Fahrt wird üblicher Weise ein Wagen oder Zug von einer Einstiegszone aus in den ersten Streckenabschnitt bewegt, der üblicher Weise als Steigzone und/oder Beschleunigungszone ausgebildet ist. Dort wird der Wagen nach oben befördert und beschleunigt. Am Ende der Beschleunigungszone erreicht der Wagen üblicherweise einen relativ hohen Punkt in der Streckenführung, von dem aus er ohne äußeren Antrieb unterschiedliche Streckenabschnitte durchfährt. Auf diesen weiteren Streckenabschnitten wird die Höhenenergie des Wagens in Bewegungsenergie umgewandelt, sodass bei geeigneter Streckenführung keine weiteren Beschleunigungszonen erforderlich sind. Am Ende der Fahrstrecke wird der Wagen üblicherweise wieder der Ein- oder Ausstiegszone zugeführt, von wo aus er erneut starten kann.
-
Zum Beschleunigen derartiger Wagen ist es bekannt, unterschiedliche Antriebsformen zu verwenden, beispielsweise Linearmotoren, Hydraulikantriebe oder Reibradantreibe. Letztere verfügen üblicherweise über ein stationär angeordnetes und drehbar antreibbares Reibrad, welches mit einer entsprechenden Reibfläche an einem Zug oder Wagen in Verbindung treten kann. Die bekannten Reibradantriebe werden üblicherweise mit großen und leistungsstarken Elektromotoren betrieben, um eine hohe Beschleunigungsleistung auf den Wagen übertragen zu können. Die
DE 20 2006 008 366 U1 und die
DE 10 2007 009 708 A1 zeigen einen solchen Reibradantrieb. Zum Bremsen kann gemäß der
DE 10 2007 009 708 A1 eine Wirbelstrombremse eingesetzt werden.
-
Andererseits ist es bekannt, bei modernen Achterbahnen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsachterbahnen und sog. Accelerator Coastern, die Züge oder Wagen mit Linearmotoren oder mit Hydraulik anzutreiben. Von den Fahrgästen wird es als besonders aufregend empfunden, wenn die Züge oder Wagen auch in den Steig- und Beschleunigungsstrecken eine hohe Beschleunigung erfahren. Demgemäß werden hier Antriebe eingesetzt, die eine hohe maximale Antriebsleistung aufbringen können, beispielsweise Lineare Induktionsmotoren (LIM) oder lineare Synchronmotoren (LSM). Linearmotoren sind jedoch teuer in der Anschaffung und benötigen qualifiziertes Fachpersonal zur Wartung.
-
Die bisher bekannten Antriebe, insbesondere die bisher bekannten Reibradantriebe, sind für hohe Beschleunigungsleistungen nicht optimal ausgebildet.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Reibradantrieb für Züge oder Wagen einer Volksbelustigungsanlage aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den unabhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist ein Reibradantrieb für eine Volksbelustigungsanlage zum Antreiben eines Zugs oder Wagens mit einem Antriebsmotor und einem Reibrad vorgeschlagen, wobei der Reibradantrieb einen Rotationsenergiespeicher aufweist. Ein solcher Rotationsenergiespeicher ist dazu ausgebildet, während einer Aufladephase kinetische Energie von einem klein dimensionierten Antriebsmotor aufzunehmen und einzuspeichern. In einer Wagentriebphase wird die eingespeicherte Energie über ein Reibrad in eine Beschleunigung des Wagens oder Zugs umgesetzt.
-
Gemäß der Erfindung ist ferner vorgeschlagen, einen Reibradantrieb derart auszubilden, dass er eine drehnachgiebige Kupplung aufweist. Eine drehnachgiebige Kupplung überträgt ein Drehmoment zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement der Kupplung, ohne zwischen diesen eine rückstellende Federkraft aufzubauen. Derartige Kupplungen können Drehmomente ständig unter Schlupf übertragen. Das bedeutet, dass die Drehzahl des Antriebselements bei der Drehmomentübertragung stets höher ist als die Drehzahl des Abtriebselements. Eine solche drehnachgiebige Kupplung kann bevorzugt als Wirbelstromkupplung ausgebildet sein.
-
Eine Wirbelstromkupplung weist üblicherweise einen Magnetring, d. h. eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Magneten, und einen demgegenüber angeordneten Leiterring auf. Der Magnetring und der Leiterring sind jeweils an dem Antriebs- oder dem Abtriebselement der Kupplung angeordnet und befestigt. Eine Wirbelstromkupplung hat gegenüber anderen drehnachgiebigen Kupplungen den Vorteil, dass zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement lediglich eine mit vergleichsweise geringer Kraft betätigbare Stellvorrichtung zum Annähern des Magnetrings an den Leiterring notwendig ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt jedoch, ohne dass eine zusätzliche Versorgungsenergie von außen zugeführt werden muss. Eine Wirbelstromkupplung kann somit rein mechanisch betätigt werden und weist einen geringen Wartungsbedarf auf.
-
Alternativ kann eine elektrisch betätigbare Wirbelstromkupplung vorgesehen sein, die einen oder mehrere Elektromagneten aufweist. Der oder die Elektromagneten können wahlweise an dem Antriebs- oder an dem Abtriebselement angeordnet sein, wobei das jeweils andere Element einen korrespondierenden Leiterkörper aufweist. Dies kann bspw. ein Leiterring oder eine Leitertrommel sein. Die Elektromagneten der elektrisch betätigbaren Wirbelstromkupplung können bspw. über Schleifkontakte mit Strom beaufschlagt werden, um die Momentenübertragung zu aktivieren. Eine solche elektrisch betätigbare Wirbelstromkupplung kann vorteilhafter Weise rein mit drehend gelagerten Teilen auskommen. Eine Stellvorrichtung ist in diesem Fall nicht erforderlich, was eine besonders verschleiß- und wartungsarme Ausbildung ermöglicht.
-
Der Reibradantrieb weist besonders bevorzugt einen Rotationsenergiespeicher in Ausbildung als Schwungrad und eine drehnachgiebige Kupplung in Ausbildung als Wirbelstromkupplung auf, wobei das Schwungrad das Antriebselement der Wirbelstromkupplung bildet und das Reibrad das Abtriebselement. Ein solcher Reibradantrieb ist besonders klein und platzsparend. Er kann modular ausgebildet und schnell montierbar bzw. auswechselbar sein. Bei einer Störung eines Antriebsmoduls kann somit ein einfacher Austausch erfolgen, ohne dass der Betrieb der Volksbelustigungsanlage maßgeblich unterbrochen werden muss.
-
Das Schwungrad kann bevorzugt dauerhaft mit einem Antriebsmotor verbunden sein und von diesem angetrieben werden. Während einer Aufladephase, bei der sich das Schwungrad in einem von dem Reibrad abgekuppelten Zustand befindet, kann das Schwungrad über einen verhältnismäßig langen Zeitraum mit einer geringen Antriebsleistung beschleunigt werden, wobei kinetische Energie in das Schwungrad eingespeichert wird. Ein Aufladen kann beispielsweise darüber erfolgen, dass die Drehzahl des Schwungrads durch den Antriebsmotor erhöht und auf eine Nominaldrehzahl von beispielsweise 4000 Umdrehungen pro Minute gebracht wird. In einem solchen Zustand wird das Schwungrad als aufgeladen bezeichnet.
-
Während einer Wagentriebphase kann das Schwungrad in einen mit einem Reibrad gekoppelten Zustand gebracht werden, wobei ein Drehmoment von dem Schwungrad über die drehnachgiebige Kupplung auf das Reibrad übertragen wird. Das Reibrad befindet sich während einer solchen Wagentriebphase bevorzugt im reibschlüssigen Eingriff mit einem anzutreibenden Zug oder Wagen, insbesondere in Eingriff mit einem hierfür vorgesehenen Reibbelag an einem Zug oder Wagen. Während der Wagentriebphase wird also kinetische Energie aus dem Schwungrad über die drehnachgiebige Kupplung und die Reibschlussverbindung auf den Zug oder Wagen übertragen, der hierdurch beschleunigt wird. Es kann hierbei eine besonders hohe Antriebsleistung erreicht werden, die beispielsweise ein Fünf- bis Zehnfaches der Leistung des Antriebsmotors beträgt. Andersherum ausgedrückt kann die Leistung des Antriebsmotors beispielsweise nur 10% bis 20% derjenigen Leistung betragen, welche das Reibrad kurzzeitig in den Zug oder Wagen einbringt. Hierdurch können besonders kleine und günstige Motoren zum Einsatz kommen. Diese benötigen nur vergleichsweise kleine Elektrozuleitungen bzw. entsprechende Versorgungsleitungen mit geringerer Dimensionierung und müssen nur über eine vergleichsweise schwache Energiezufuhr betrieben werden. Insbesondere kann auf einen zentralen Energiespeicher verzichtet werden – bei Linearmotoren ist dies im Stand der Technik üblicherweise ein Akkumulator, bei Hydraulikmotoren ein zentraler Druckspeicher. Somit ist der vorgeschlagene Reibradantrieb besonders günstig in den Herstell- und Betriebskosten.
-
Insbesondere mobile Volksbelustigungsanlagen können unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Reibradantriebs schneller montiert und demontiert werden. Eine Wartung des Antriebssystems kann einfacher und ggf. ohne spezialisiertes Personal erfolgen. Für den elektrischen Schutz der verhältnismäßig kleinen Antriebsmotoren können weniger restriktive Vorschriften zu berücksichtigen sein, wodurch die Instandhaltungskosten und der Wartungsaufwand reduziert werden können.
-
Der Antriebsmotor ist bevorzugt dauerhaft mit dem Schwungrad verbunden, beispielsweise über eine starre Verbindung, einen Riementrieb oder ein anderes geeignetes Getriebe. Der Antriebsmotor kann gesteuert oder geregelt werden, um eine bestimmte Nenndrehzahl des Rotationsenergiespeichers bereitzustellen. Es kann insbesondere eine einfache Drehzahlregelung oder eine Drehmomentregelung mit Drehzahlbegrenzung vorgesehen sein. Bei Verwendung von Elektromotoren mit Frequenzumwandlern kann eine besonders einfache und kostengünstige Steuerung oder Regelung erfolgen. Die Regelung der Drehzahl kann hierbei unabhängig von dem Zustand des Reibradantriebs erfolgen, d. h. unabhängig davon, ob sich der Reibradantrieb in der Aufladephase oder in der Wagentriebphase befindet. Aufwändige und phasenabhängige Zustandsregler können somit entfallen.
-
Der Reibradantrieb kann durch seine kleine Bauform und aufwandsarme Energieversorgung an beliebigen Streckenabschnitten angeordnet werden und ist nicht auf eine Platzierung in einem geraden Steig- oder Beschleunigungsabschnitt beschränkt. Somit kann der Reibradantrieb auch innerhalb von gewundenen Fahrabschnitten wie Loopings oder Schrauben eingesetzt werden, um deren mögliche Abschnittslänge zu vergrößern. Auf diese Weise wird eine größere Vielfalt an Streckendesigns ermöglicht. Auf für die Fahrgäste als langweilig empfundene, gerade Beschleunigungszonen in der Fahrstrecke kann ggfs. verzichtet werden, was noch aufregendere Fahrgeschäfte ermöglicht.
-
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschrieben.
-
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
-
1: eine Schrägansicht auf einen Beschleunigungsabschnitt einer Volksbelustigungsanlage mit mehreren Reibantrieben,
-
2: eine vergrößerte Darstellung eines Reibantriebs aus 1,
-
3: eine Schnittdarstellung eines Reibantriebs im Schrägbild,
-
4: eine Querschnittdarstellung eines Reibradantriebs an einer Volksbelustigungsanlage mit einem Wagen,
-
5: eine Schrägansicht auf einen Reibantrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
-
6: eine Querschnittdarstellung des Reibradantriebs von 6.
-
Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb für eine Volksbelustigungsanlage, insbesondere für eine Achterbahn (1), zum Antreiben eines Zugs oder Wagens (3) mit einem Antriebsmotor (8) und einem Reibrad (7), wobei der Reibradantrieb (2) einen Rotationsenergiespeicher (9) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Volksbelustigungsanlage (1) mit einem Reibradantrieb (2).
-
Der Rotationsenergiespeicher (9) des Reibradantriebs (2) kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Zwei- oder Mehrmassenrotor oder als Tonnenrad. Er ist bevorzugt als Schwungrad mit einer homogen über den Umfang verteilten Schwungmasse ausgebildet. Von dieser Ausbildung als Schwungrad wird im Weiteren stellvertretend für alle Formen eines Rotationsenergiespeichers ausgegangen.
-
1 bis 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Reibradantriebs (2). Dieser ist bevorzugt als stationärer Antrieb ausgebildet und ggfs. mehrfach hintereinander an einem Schienenabschnitt der Volksbelustigungsanlage (1) angeordnet. Der Reibradantrieb (2) kann beispielsweise an einer Unteroder Außenseite des Schienenzugs befestigt sein, wobei das Reibrad (7) des Reibradantriebs zwischen den Schienen (4) hindurch ragt. Ein Wagen oder Zug (3) ist über eine Wagenführung (5) auf den Schienen (4) verschieblich gelagert. Er kann beim Überfahren des Reibradantriebs (2) das Reibrad (7) mit einem hierfür vorgesehenen Bereich, insbesondere einer Reibfläche (6), kontaktieren. Durch eine angetriebene Drehung des Reibrads (7) wird der Wagen oder Zug (3) beschleunigt.
-
Der Reibradantrieb (2) weist bevorzugt eine drehnachgiebige Kupplung (10) auf. Diese kann beliebig ausgebildet sein, insbesondere als Wirbelstromkupplung mit einem Magnetring und einem Leiterring. Alternativ kann die drehnachgiebige Kupplung beliebig anders ausgebildet sein, beispielsweise als Visko-Kupplung, als hydrodynamischer Drehmomentwandler oder als hydrodynamische Kupplung. Im Folgenden wird stellvertretend für alle drehnachgiebigen Kupplungen von einer Ausbildung als Wirbelstromkupplung (10) ausgegangen.
-
Das Schwungrad (9) kann bevorzugt in das Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10) integriert sein, bzw. dieses bilden. Insbesondere kann das Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10) als einteiliger achsensymmetrischer Grundkörper (11) ausgebildet sein, dessen äußerer Umfangsbereich als ringförmige Schwungmasse geformt ist. Im Bereich dieser Schwungmasse kann ein Magnetring (14) angeordnet sein. Dieser ist beispielsweise aus einer Mehrzahl von Magneten gebildet, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt auf der zum Abtriebselement hinweisenden, ringförmigen Stirnseite des Antriebselements befestigt sind. Insbesondere können die Magneten in den ringförmigen Schwungmassenbereich des Grundkörpers (11) eingelassen sein. Die Magnete sind bevorzugt als Permanentmagnete ausgebildet und in das Schwungrad (9) eingeformt. Alternativ können auch Elektromagnete eingesetzt werden. Anstelle des eingeformten Magnetrings (14) kann ein separat ausgeformter Magnetring an dem Grundkörper (11) befestigt sein.
-
Das Antriebselement und das Abtriebselement der in 3 und 4 dargestellten Wirbelstromkupplung (10) sind derart ausgebildet, dass zwischen deren Kupplungs-Funktionsflächen (Magnetring mit Mageneten (14) und Leiterring (15)) ein im Wesentlichen ringscheibenförmiger Luftspalt gebildet ist. Eine Aktivierung der Wirbelstromkupplung (10) kann dadurch erfolgen, dass der Luftspalt möglichst stark verkleinert wird, bevorzugt durch eine Annäherung von Antriebselement und Abtriebselement. In diesem Fall durchsetzen die Magnetfeldlinien der auf dem Magnetring angeordneten Magneten (14) den Leiterring (15) und erzeugen Wirbelströme in dem Leiterring (15), die zu einer Gegeninduktion und folglich zu einer Momentenübertragung führen.
-
Das Schwungrad (9) kann über ein Getriebe (13) von einem Antriebsmotor (8) angetrieben, insbesondere in Drehung versetzt werden. Als Antriebsmotor (8) kann insbesondere ein Elektromotor zum Einsatz kommen. Alternativ kann als Antriebsmotor (8) ein beliebiger anderer Motor, beispielsweise ein Hydraulikmotor oder ein Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Es können auch mehrere Reibradantriebe (2) über einen gemeinsamen Antriebsmotor (8) verfügen. Im Folgenden wird von der Ausbildung als Elektromotor ausgegangen.
-
Der Antriebsmotor kann bevorzugt über einen Riementrieb (13) mit dem Schwungrad (9) verbunden sein. Auf diese Weise kann der Antriebsmotor (8) besonders nah am Schwungrad (9) angeordnet werden, wodurch der gesamte Reibradantrieb sehr klein und kompakt ist.
-
Das Reibrad (7) kann direkt mit dem Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10) verbunden oder an dieses angeformt sein. In den 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Reibradantriebs (2) gezeigt, bei dem das Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10) als Nabe (12) ausgebildet ist, an der auf der zum Schwungrad (9) hinweisenden Seite ein Leiterring (15) angeordnet ist. An der Nabe (12) kann weiterhin über eine Felge das Reibrad (7) angeordnet sein.
-
Der Leiterring (15) kann beliebig ausgebildet sein. Zur Erzielung einer möglichst hohen Drehmomentübertragung kann bevorzugt ein Leiterring (15) mit einer möglichst hohen elektrischen Leitfähigkeit genutzt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Leiterring (15) in Form einer Kupferscheibe ausgebildet. Die Anordnung von Leiterring (15) und Magnetring (14) kann auch umgekehrt sein.
-
Das Abtriebselement und das Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10) sind bevorzugt auf einer gemeinsamen Drehachse (20) angeordnet. Ferner ist das Abtriebselement bevorzugt axial verschieblich gelagert. Bei einem Schließen der Wirbelstromkupplung (10) wird das Abtriebselement zum Antriebselement hin verschoben. Hierbei wird der Luftspalt zwischen dem Leiterring (15) und dem Magnetring verkleinert. Die Felder der Magneten (14) durchsetzen beim Einkuppeln den Leiterring (15). Wenn die Drehzahl von Antriebs- und Abtriebselement unterschiedlich ist, erzeugen die durch das Antriebselement bewegten Magneten (14) in dem Leiterring (15) inhomogene Magnetfelder. Diese erzeugen Wirbelströme, welche wiederum magnetische Gegenfelder induzieren, die eine Mitnahme des Abtriebselements mit dem Antriebselement bewirken. Je höher die Differenz der Drehgeschwindigkeiten von Antriebs- und Abtriebselement ist, desto stärker ist die Mitnahme des Abtriebselements und somit das übertragene Drehmoment.
-
Zu Beginn einer Wagentriebphase ist die Drehzahl des Reibrades (7) klein und somit ist auch die Drehzahl des damit verbundenen Abtriebselements der Wirbelstromkupplung (10) klein, während die Drehzahl des mit der Schwungmasse (9) verbundenen Antriebselementes sehr groß ist. Beim Einkuppeln besteht also ein maximaler Drehzahlunterschied zwischen Antriebs- und Abtriebselement der Wirbelstromkupplung, sodass eine maximale Drehmomentübertragung erzeugt wird. Dies führt zu einem boost-artigen Beschleunigen des Reibrades (7), wodurch eine sehr hohe Beschleunigungsleistung für den Wagen (3) der Volksbelustigungsanlage (1) erreichbar ist.
-
Eine verschiebliche Lagerung des Antriebs- oder Abtriebselements der Wirbelstromkupplung (10) kann beliebig erreicht werden. Bei dem in 3 und 4 dargestellten Reibradantrieb (2) ist eine Verschieblichkeit des als Nabe (12) ausgebildeten Abtriebslements vorgesehen, an dem auch das Reibrad (7) montiert ist. Die Verschiebung des Abtriebselements kann durch einen beliebig ausgebildeten Stellantrieb (18) erfolgen. In dem erwähnten Ausführungsbeispiel ist hierfür ein Pneumatikzylinder mit einem entsprechenden Aktor vorgesehen. Der Pneumatikzylinder (18) ist an einer Schiebehülse (16) angeflascht, die auf einem zylindrischen Tragkörper (21) geführt ist, welcher die gemeinsame Drehachse (20) von Schwungrad (9) und Reibrad (7) bildet. Der Tragkörper (21) weist einen feststehenden rechten Teil auf, auf dessen Umfang mittels eines Wälzlagers (17) das Schwungrad (9) gelagert ist. Auf der linken Seite des Tragkörpers (21) ist die Schiebehülse (16) angeordnet, auf der wiederum mittels eines Wälzlagers (17) die Nabe (12) gelagert ist.
-
Bei einer Betätigung des Aktors, hier des Pneumatikzylinders (18), wird die Schiebehülse (16) mit der darauf gelagerten Nabe (12) auf dem Tragkörper (21) nach rechts verschoben, wobei der Luftspalt zwischen dem Leiterring (14) und dem Magnetring (15) verkleinert wird. Hierdurch wird die Ausbildung von Wirbelströmen ermöglicht und die Wirbelstromkupplung (10) wird geschlossen.
-
Ein Öffnen der drehnachgiebigen Kupplung (10) erfolgt bevorzugt energielos durch einen hierfür vorgesehenen Rückstellmechanismus (19). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zum Öffnen der Wirbelstromkupplung (10) eine sich an dem linken Ende des Tragkörpers (21) abstützende Rückstellfeder (19) vorgesehen, die in der Schiebehülse (16) angeordnet ist. Die Rückstellfeder (19) drückt die Schiebehülse (16) mit der darauf gelagerten Nabe (12) entgegen der Betätigungsrichtung des Stellantriebs (18) nach links.
-
Die Rückstellkraft des Rückstellmechanismus (19) ist größer als die Anziehungskraft der Magneten (14), sodass bei einem Ausfall der Versorgungsenergie die drehnachgiebige Kupplung automatisch geöffnet und die Wagentriebphase unterbrochen wird.
-
In einer Aufladephase treibt der Antriebsmotor (8) über das Getriebe (13) das Schwungrad (9) an. Hierbei wird das Schwungrad auf eine Nenndrehzahl gebracht. Diese liegt bevorzugt in einem Drehzahlbereich von 3000 bis 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere bei etwa 4000 Umdrehungen pro Minute. Es kann hierbei eine Drehzahlregelung zum Einsatz kommen. Alternativ und bevorzugt ist eine Drehmomentregelung mit Drehzahlbegrenzung vorgesehen. Das Antreiben und Beschleunigen des Schwungrads (9) kann über einen längeren Zeitraum hinweg mit einer vergleichsweise geringen Antriebsleistung des Antriebsmotors (8) erfolgen.
-
In einer Wagentriebphase wird die Wirbelstromkupplung (10) geschlossen und das Reibrad (7) mit einem Wagen oder Zug (3) in Reibschluss gebracht. Das Reibrad nimmt hierbei zunächst als Umfangsdrehgeschwindigkeit im Wesentlichen die Fahrgeschwindigkeit des Wagens oder Zugs (3) an. Dies ist auch die Drehgeschwindigkeit des Abtriebselements der Wirbelstromkupplung (10). Bei einer Übertragung von Drehmoment zwischen dem Schwungrad (9) und dem Reibrad (7) findet eine Drehzahlannäherung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10) statt. Es wird also das Schwungrad (9) verlangsamt, während das Reibrad (7) beschleunigt wird, wodurch ebenfalls der Wagen oder Zug (3) beschleunigt wird. Hierbei wird beispielsweise die Drehzahl des Schwungrads (9) ausgehend von der Nenndrehzahl von ca. 4.000 U/min auf ca. 1.000 bis 2.500 U/min verringert. Gleichzeitig wird die Drehzahl des Reibrads auf bspw. 800 U/min erhöht, was mit einer entsprechenden Geschwindigkeitserhöhung des Wagens oder Zugs (3) einhergeht.
-
Die Beschleunigungswirkung ist beim Einkuppeln zu Beginn der Wagentriebphase, also bei höchster Drehzahldifferenz zwischen Schwungrad (9) und Reibrad (7), am größten. Die Beschleunigungsenergie kann während der Wagentriebphase in sehr kurzer Zeit hauptsächlich dem Schwungrad (9) entnommen werden, beispielsweise zu einem Anteil von 80% bis 100%, insbesondere 90% bis 95%, der erforderlichen Beschleunigungsenergie. Der Antriebsmotor (8), der bevorzugt auch während der Wagentriebphase mit dem Schwungrad (9) verbunden ist, liefert einen vergleichsweise geringen Anteil der Beschleunigungsenergie, beispielsweise einen Anteil von 0% bis 20%, insbesondere 5% bis 10%. Alternativ kann der Antriebsmotor (8) während einer Wagentriebphase momentenfrei geschaltet sein, sodass die gesamte Beschleunigungsenergie dem Rotationsenergiespeicher (9) entnommen wird.
-
In 5 und 6 ist ein alternativer Reibradantrieb (2) dargestellt, der in vergleichender Darstellung zu dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 erläutert wird. Der Reibradantrieb gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem des ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut, sodass im Weiteren nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel gelten somit auch für das zweite Ausführungsbeispiel.
-
Der Reibradantrieb nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein Reibrad (7) auf, das zwischen zwei Schienen (4) an einer Fahrstrecke einer Volksbelustigungsanlage (1) hindurch ragt. Das Reibrad (7) ist bevorzugt drehbar antreibbar und axialfest gelagert. Es ist über ein Getriebe (26) mit dem Abtriebselement einer Wirbelstromkupplung (10') verbunden. Das Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10') ist über eine starre Verbindung mit einem Antriebsmotor (8) verbunden, der bevorzugt als Elektromotor ausgebildet ist. Alternativ kann zwischen dem Elektromotor (8) und dem Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10') ein Getriebe (13) vorgesehen sein.
-
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der 5 und 6 ein Getriebe zwischen Wirbelstromkupplung (10') und Reibrad (7) vorgesehen. Hierdurch kann zwischen dem Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10') und dem Reibrad (7) eine Übersetzung vorgesehen sein, die im Verhältnis Abtriebselement-zu-Reibrad zu einer Drehzahlverringerung mit gleichzeitiger Drehmomenterhöhung führt. Um die gleiche Antriebsleistung des Reibradantriebs zu erzeugen, kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem vorerwähnten ersten Ausführungsbeispiel eine entsprechend noch höhere Drehzahl des Schwungrades vorgesehen werden. Dies führt zu einer noch größeren Drehzahldifferenz zwischen Abtriebselement und Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10') und einer entsprechend vergleichsweise höheren Momentenübertragung. Die zu dem ersten Ausführungsbeispiel angegebenen Verhältnisse für die Leistung eines Antriebsmotors (8) und die Drehzahlen sind entsprechend der Übersetzung des Getriebes (26) angleichbar.
-
Die räumliche Trennung des Reibrades (7) von dem Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10') ermöglicht einen vereinfachten Zugang sowohl zum Wechsel eines Reibrades, als auch zur Wartung oder Inspektion der Wirbelstromkupplung.
-
Das Getriebe (26) zwischen Abtriebselement und Reibrad (7) kann bevorzugt als Zahnriemengetriebe ausgebildet sein, um die hohen Antriebsleistungen schlupffrei zu übertragen, die besonders zu Beginn einer Wagentriebphase aufgebracht werden. Alternativ kann ein anderes angemessen ausgelegtes Getriebe vorgesehen werden.
-
Die Wirbelstromkupplung (10') des zweiten Ausführungsbeispiels ist als elektrisch betätigbare Wirbelstromkupplung (10') ausgebildet. Sie weist in der gezeigten Ausführungsform ein Antriebselement in Form einer Leitertrommel (23) auf. Innerhalb dieser Leitertrommel (23) ist als Abtriebselement eine Magnettrommel (24) angeordnet. Leitertrommel (23) und Magnettrommel (24) sind bevorzugt gegeneinander durch Wälzlager (17) drehbar gelagert. Die Magnettrommel trägt einen oder mehrere Elektromagneten (22). Diese werden bevorzugt für das Aktivieren der Wirbelstromkupplung (10') mit Gleichstrom beaufschlagt. Für die Zuführung des Kupplungsstroms können bevorzugt Schleifkontakte (27) an dem nach außen frei zugänglich Teil der Magnettrommel (24) vorgesehen sein.
-
Die Anordnung der Elektromagnete (22) und des Leiterelements kann entsprechend umgekehrt sein, dass ein Antriebselement der Wirbelstromkupplung (10') als Magnettrommel und ein Abtriebselement als Leitertrommel (23) ausgebildet ist.
-
Die Leitertrommel (23) ist bevorzugt topfförmig ausgebildet und weist auf ihrem Außenumfang eine Schwungmasse (25) auf. Folglich ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Rotationsenergiespeicher (9, 25) in das Antriebselement der drehnachgiebigen Kupplung (10, 10') integriert. Alternativ kann eine andere geeignete Ausbildung der Leitertrommel vorliegen.
-
Die Ausrichtung des einen oder der mehreren Elektromagneten (22) kann beliebig sein. Sie kann insbesondere derart sein, dass die Magnetfeldlinien (Nord-Süd-Pole) der Elektromagnete (22) in axialer Richtung gerichtet sind, oder derart, dass die Magnetfeldlinien (Nord-Süd-Pole) in radialer Richtung gerichtet sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement der Wirbelstromkupplung (10') können entsprechend derart ausgebildet sein, dass zwischen deren Kupplungs-Funktionsflächen (Leitertrommel (13) und Magnettrommel (24)) ein im Wesentlichen ringscheibenförmiger oder ein zylinderschalenförmiger Luftspalt gebildet ist.
-
Die Triebwelle des Motors (8) ist bevorzugt fest mit dem Antriebselement verbunden. Auf dem in 6 nach rechts abstehenden Flansch des Abtriebselements ist eine Riemenscheibe des Getriebes (26) angeordnet. Somit sind der Motor (8), die Wirbelstromkupplung (10') und die Riemenscheibe des Getriebes (26) auf einer gemeinsamen Achse (20) angeordnet. Der Elektromotor (8) ist gegenüber dem Gestell (28) über eine drehfeste Lagerung (Verdrehsicherung) gehalten.
-
Der in 6 gezeigte Aufbau hat den Vorteil, dass die Gesamtheit von Motor (8), Wirbelstromkupplung (10') und Riemenscheibe bei einem Defekt als Modul ausgewechselt werden können. Hierzu müssen lediglich der Riementrieb (26) gelöst, die Verdrehsicherung des Motors (8) geöffnet und die Lagerstellen gegenüber dem Gestell (28) demontiert werden. Ein Lösen des Riementriebes kann beispielsweise im Bereich einer verschieblichen Lagerung der Drehachse des Reibrades (7) erfolgen. Bei einem Defekt eines Reibradantriebs (2) kann entsprechend ein schneller Austausch der stromführenden Komponenten erfolgen, ohne dass der Betrieb der Volksbelustigungsanlage (1) für längere Zeit unterbrochen werden müsste.
-
Abwandlungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Die angegebenen Leistungs- und Drehzahlverhältnisse können je nach Anwendungsfall geändert sein. Die oben angegebenen Werte dienen vornehmlich der Verdeutlichung. Sie stellen keine Beschränkung des Einsatzraumes dar.
-
Anstelle einer Kupferscheibe (15) kann eine Leiterscheibe oder eine Leitertrommel aus einem anderen elektrisch leitenden Material zum Einsatz kommen, bspw. aus Stahl oder einem Edelmetall. Bei einer elektrisch betätigbaren Wirbelstromkupplung (10') kann eine Stromregelung vorgesehen sein, um die Kupplungsleistung zu steuern oder zu regeln. Das Aktivieren einer drehnachgiebigen Kupplung kann kurz vor oder kurz nach dem Kontaktieren von Reibrad (7) und Wagen (3) erfolgen. Beispielsweise kann ein Reibradantrieb (2) einen Schaltmechanismus zum Aktiviren der drehnachgiebigen Kupplung aufweisen, der beim Überfahren durch einen Wagen (3) betätigt wird. Hierdurch kann der Einschaltpunkt durch die relative Position von Reibradantrieb (2) und Wagen (3) vorgegeben werden. Alternativ kann eine Ansteuerung von außen erfolgen.
-
Ein Getriebe (26) zwischen drehnachgiebiger Kupplung und Reibrad (7) kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Stirnradverzahnung oder als Planetengetriebe. Es ist insbesondere möglich, die Nabe des Reibrads (7) und das Getriebe (26) in der Art einer Außenplanetenachse (Umlaufrädergetriebe) eines LKW auszubilden, also als Planetengetriebe mit drehfest gelagertem Planetenträger und drehbar gelagerter Hohlradnabe. Hierbei kann eine Wirbelstromkupplung (10), insbesondere eine elektrisch betätigbare Wirbelstromkupplung (10') direkt an das Sonnenrad des Planetengetriebes angeflanscht sein. Das Antriebselement kann direkt mit einem Elektromotor oder sonstigen Antriebsmotor verbunden sein. In dieser Form kann der Reibradantrieb ggfs. auf einer einzigen Achse und als geschlossenes Modul gebildet sein. Es kann hierbei auch eine mechanisch betätigbare Wirbelstromkupplung vorgesehen sein, wobei das Antriebselement mit einem direkt angeflanschten Elektromotor verschieblich gelagert und zum Betätigen der Kupplung an das Abtriebselement angenähert werden.
-
Der Reibradantrieb (2) kann auch bei anderen Volksbelustigungsanlagen als Achterbahnen (1) eingesetzt werden. Er kann ebenfalls als Antrieb für beliebige andere Fahrzeuge, Wagen oder Transportmittel eingesetzt werden, beispielsweise für Fördervorrichtungen. Die Merkmale der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise gegeneinander ersetzt, kombiniert oder weggelassen werden. Beispielsweise kann eine elektrisch betätigbare Wirbelstromkupplung (10') mit einem Antriebselement als Magnetring mit einem oder mehreren Elektromagneten (22) und mit einem Abtriebselement als Leiterring (15) vorgesehen sein. In Kenntnis der Erfindung werden dem Fachmann zahlreiche andere Abwandlungen in den Sinn kommen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Achterbahn/Volksbelustigungsanlage
- 2
- Reibradantrieb
- 3
- Zug/Wagen
- 4
- Schiene/Schienenzug/Bahn/Fahrstrecke
- 5
- Führungsvorrichtung
- 6
- Reibfläche
- 7
- Reibrad
- 8
- Motor/Elektromotor
- 9
- Schwungrad/Rotationsenergiespeicher
- 10
- Drehnachgiebige Kupplung/Wirbelstromkupplung
- 10'
- Drehnachgiebige Kupplung/Wirbelstromkupplung
- 11
- Grundkörper
- 12
- Nabe
- 13
- Getriebe/Riementrieb
- 14
- Magnet/Permanentmagnet
- 15
- Kupplungsrotor/Leiterscheibe/Kupferscheibe
- 16
- Schiebelager/Schiebehülse
- 17
- Drehlager/Wälzlager
- 18
- Stellantrieb/Pneumatikzylinder
- 19
- Rückstellmechanismus/Rückstellfeder
- 20
- Drehachse
- 21
- Zylindrischer Tragkörper
- 22
- Magnet/Elektromagnet/Spule
- 23
- Leitertrommel
- 24
- Magnettrommel
- 25
- Schwungmasse
- 26
- Getriebe/Riementrieb
- 27
- Kontakte/Schleifkontakte
- 28
- Gestell
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202006008366 U1 [0004]
- DE 102007009708 A1 [0004, 0004]
