DE3740140A1 - Geteiltes rad, dessen innerer und aeusserer teil mit hilfe eines elektromotorisch bewegten schneckengetriebes und eines in den aeusseren teil integrierten zahnkranzes zueinander verschoben werden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zweigeteiltes Rad, dessen innerer und äußerer Teil mit Hilfe eines elektromotorisch angetrie­ benen Schneckengetriebes und eines in den äußeren Teil in­ tegrierten Zahnkranzes gegeneinander verschoben werden, insbesondere zwecks Ausgleichs der unterschiedlichen Weglängen von Rädern bei angetriebenen Achsen von Schie­ nenfahrzeugen in Kurven, Stabilisierung der Schienenlage des Fahrzeugs auf Geraden, Ausgleich der unterschiedlichen Weglängen der Zwillings- bzw. Mehrlingsreifen bei Straßenfahr­ zeugen in Kurven auch auf einer Achsseite, Verbesserung von Lenk- und Bremseigenschaften von Vorderachsen, die nach dem Prinzip von Jaroslaw Juhan mit Zwillingsreifen ausgerüstet sind, Lenkung von Raupenfahrzeugen und Bildung einer Anti­ schlupfregelung (ASR).

Vergleichbares ist bisher nicht bekannt.

Die Vorderachsen von PKW's nach Jaroslaw Juhan tragen schma­ le Zwillingsreifen, die gemeinsam an eine Bremse angeschlos­ sen sind.

Die ASR bei Daimler-Benz besteht im wesentlichen aus drei Modulen ("auto, motor und sport" Heft 23, S. 67): Raddrehzahlfüh­ ler, Bremsschalter und elektronischen Gaspedal (E-Gas).

Bei angetriebenen Achsen von Schienenfahrzeugen sind die Räder stets miteinander starr verbunden. Lediglich für die antriebslosen Achsen hat MBB speziell für die neuen Hoch­ geschwindigkeitszüge der Bahn die Verdrehbarkeit der Räder zueinander eingeführt, anfangs noch mit einer Drehdämpfung versehen.

Bei Schienenfahrzeugen wird bisher der Tatsache, daß das kurveninnere Rad einen kürzeren Weg zurückzulegen hat als das kurvenäußere, bei angetriebenen Achsen keine Rechnung getragen. Demzufolge zieht das kurveninnere Rad bei Fahrt nach vorne, während das kurvenäußere nach hinten zieht.

In Extremfällen, wie z. B. scharfen Kurven, kann die Zugkraft dabei ganz aufgehoben werden und die Antriebsachse durch­ drehen. Ferner bewirkt das Nach Vorne Ziehen des kurven­ inneren Rades ein Aufsteigen aus den Schienen, welches auch mit Hilfe des Heumann-Lotter-Radreifenprofils nicht ver­ hindert werden kann. Die Schienenfahrzeuge legen den Weg nicht genau dem Schienenstrang entsprechend zurück. Vielmehr beschreiben sie entlang dem Schienenprofil Si­ nuskurven (siehe Fig. 4), was dazu geführt hat, die Hochge­ schwindigkeitsstrecken mit einer um zwei Millimeter ge­ ringeren Spurweite zu bauen, um die Sinuskurven und damit eine zu einer Entgleisung führenden Resonanz zu unter­ drücken. Diese Maßnahme als solche ist bei den zu er­ wartenden Geschwindigkeit der neuen Züge für sich ge­ nommen nicht ausreichend. Auch die Entkoppelung der starren Verbindung der Räder untereinander bei den nicht angetriebenen Achsen, wie von MBB entwickelt, reicht noch nicht aus, da nicht nur die nicht angetriebenen Räder, son­ dern vor allem auch die angetriebenen Räder sich der un­ terschiedlichen Weglänge zwischen kurveninnerer und kur­ venäußerer Schiene anpassen müssen.

Zwillings- und Mehrlingsreifen bei Straßenfahrzeugen ra­ dieren in Kurven, da zwar ein Differentialausgleich zw. linker und rechter Achsseite stattfindet, nicht jedoch zwischen den nebeneinander liegenden Rädern auf einer Achsseite. Dies hat auch einen negativen Einfluß auf die Lenk- und Bremseigenschaften.

Dies gilt vor allem auch für die nicht angetriebene Vor­ derachse, bei der auch eine Bremse auf zwei nebeneinander liegende Reifen wirkt, die in Kurven unterschiedliche Weg­ längen zurücklegen müßten. Das dichte Nebeneinander der schmalen Reifen kann allenfalls eine Milderung, nicht je­ doch eine Aufhebung des Radierens in Kurven und die da­ mit verbundene Destabilisierung der Straßenlage bewirken. Bei Kettenfahrzeugen, die sich auf öffentlichen Straßen bewegten, galt bisher die Regel, den Abstand zu solchen möglichst groß zu halten. Sie können nur dadurch zur Fahrtrichtungsänderung nach einer Seite bewegt werden, indem eine Kette abgebremst wird, so daß das Fahrzeug eben herumschwenkt. Dieser Schwenk läßt sich überhaupt nicht genau dosieren, was eine erhöhte Unfallgefahr dar­ stellt.

Bei der Antischlupf- auch Antriebsschlupfregelung (ASR) genannt, ist das zweite Modul mit Bremsschalter und der damit verbundenen Einrichtung zur Auslösung der Bremse bei harten Einsatzbedingungen störanfällig und von nor­ malen Fahrzeughandwerkern an Ort und Stelle des Defekts gar nicht mehr zu reparieren.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen da­ rin, daß angetriebene Räder eines Schienenfahrzeugs ge­ nau den Weg zurücklegen, den die unterschiedlich langen Schienen in Kurven vorgeben. Die volle Zugkraft bleibt da­ bei erhalten. Auch die Schienenlage wird verbessert.

Der Verschleiß bei den Schienen, Radreifen und Spurkrän­ zen wird vermindert.

Die sinusförmigen Wege der Räder auf den Schienen kön­ nen dadurch unterdrückt werden, indem im geeigneten Au­ genblick eine geringe Verdrehung des einen Rades zum anderen durchgeführt und diese gegebenenfalls wieder­ holt wird.

Bei mehrlingsbereiften Rädern von Straßenfahrzeugen kann das Radieren der Räder abgestellt werden. Auch die Stra­ ßenlage, Lenk- und Bremseigenschaften verbessern sich. Bei Kettenfahrzeugen ist endlich ein sauberes Anpassen an den Kurvenverlauf möglich, was die Unfallgefahr er­ heblich mindert und bei militärischen Kettenfahrzeugen ein schnelleres Fortkommen ermöglicht.

Bei der ASR ergibt sich die Möglichkeit, stark beanspruch­ te Fahrzeuge damit auszurüsten und das zweite Modul mit Bremsschalter und Bremsbetätigung wegfallen zu lassen. Außerdem sind Elektromotoren leichter auszutauschen bzw. zu reparieren als eine Bremsbetätigung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen den äußeren Teil 5 nebst integrierten Zahnkranz 4. Der innere Teil, geteilt in die Segmente 1 und 2 umschließt diesen Zahnkranz. Die Segmente werden durch die Schrauben und Bolzen 3 zusammengehalten.

Sie tragen zwei Schneckengetriebe (bei leistungsstarken Fahr­ zeugen können es mehr sein), in deren Innern jeweils ein ein Elektromotor sitzt, der diese antreibt. Die Schnecke greift in den Zahnkranz, verschiebt ihn, wenn sie sich dreht, und bewegt mit dem Zahnkranz auch den äußeren Teil im Ver­ hältnis inneren Teil. Das Problem mit der Energiezuführung und dasjenige des Gleichlaufs der E-Motoren kann als ge­ löst betrachtet werden. Die Schneckengetriebe sind unter der Nr. 6 dargestellt. An den Naben 7 sind die Befesti­ gungsbohrungen für die Achse angebracht.

Dreht sich nun infolge eines entsprechenden Impulses 6 entgegen den Uhrzeigersinn, erfolgt eine Drehung des äu­ ßeren Teils in Richtung Uhrzeigersinn. Ein Rollen des Rades in der entgegengesetzten Richtung, sowohl auf der Schiene als auch auf der Straße, wird dadurch reduziert.

Der Energieaufwand für die elektromotorische Verstellung des inneren zum äußeren Radteils ist sehr gering, wenn man wie folgt vorgeht: Das kurvenäußere Rad bleibt in Ruhe. Insofern ist der Durchtrieb starr. Das kurveninnere Rad wird so verstellt, indem es dem Kurvenverlauf und damit der entsprechend kürzeren Weglänge nach rückwärts verstellt wird. Dies gilt im Prinzip auch für mehrlingsbereifte Räder von Straßenfahrzeugen. Da diese in der Regel bei angetriebenen Achsen schon ein Differentialgetriebe haben, erfolgt der Augleich insofern, als an der Außenkurve das äußere Rad starr verbunden bleibt und das benachbarte in­ nere verstellt wird und an der Innenkurve wiederum das kurvenäußere Rad starr verbunden bleibt, während das innere verstellt wird.

Dabei ist zu beachten, daß das kurvenäußere Rad an der Innenkurve dasjenige an der Innenseite und nicht dasje­ nige an der Außenseite ist.

Bei Schienenfahrzeugen, die regelmäßig eine bestimmte, genau vermessene Strecke befahren, können die Relativbe­ wegungen der Radsegmente zueinander schon im voraus pro­ grammiert werden, bei Straßenfahrzeugen kann anhand des Lenkeinschlags über Sensoren und Rechner, die anhand des Kurvenverlaufs die Weglänge jedes einzelnen Rades er­ mitteln, die jeweils erforderliche Relativbewegung zwi­ schen Innen- und Außensegment bewirkt werden.

Bei der nicht angetriebenen Vorderachse nach Jaroslaw Juhan müßte die auf beide Reifen wirkende Bremse die un­ terschiedlichen Weglängen in Kurven berücksichtigen. Dies geschieht dadurch, daß anhand des Lenkeinschlags über einen Sensor nebst Rechner der Kurvenverlauf er­ mittelt und entsprechend eine Verstellung vorgenommen wird. Beim bloßen Lenken gilt im Prinzip das gleiche. Bei Kettenfahrzeugen (siehe Fig. 6) wird durch die Ver­ stellung je nach Bedarf und genau dosierbar die eine Kette im Verhältnis zur anderen entsprechend langsamer, was dann zur Kurvenfahrt führt.

Bei der ASR übernimmt Teil 6 die Arbeit des sonst übli­ chen Bremsmoduls. Die Bremse wird bei Schlupf nicht mehr betätigt, sondern lediglich noch eine Relativbewe­ gung des äußeren zum inneren Teil des Rades durchgeführt. Anschließend wird wie bisher der Motor über die Drossel­ klappe bzw. die Einspritzpumpe geregelt.

Claims (1)

1. Zweigeteiltes Rad, dessen innerer und äußerer Teil mit Hilfe eines elektromotorisch angetriebenen Schnecken­ getriebes und eines in den äußeren Teil integrierten Zahnkranzes gegeneinander verschoben werden zwecks Ausgleich der unterschiedlichen Weglängen von Rädern bei angetriebenen Achsen von Schienenfahrzeugen, Stabilisierung der Schienenlage auf Graden, Ausgleich der unterschiedlichen Weglängen bei Zwillings­ bereifung von Straßenfahrzeugen auch auf einer Achs­ seite, Verbesserung der Lenk- und Bremseigenschaften von Vorderachsen, die nach dem Prinzip von Jaroslaw Juhan mit Zwillingsreifen ausgerüstet sind, Lenkung von Rau­ penfahrzeugen und Bildung einerAntischlupfregelung (ASR), dadurch gekennzeichnet, daß das in einen inneren und äu­ ßeren Teil aufgeteilte Rad durch ein genau definiertes Sich Verdrehen des äußeren zum inneren Teil in seinem Verhalten beeinflußt wird.