EP2487086B1

EP2487086B1 - Elektrobahn, insbesondere Elektrohängebahn

Info

Publication number: EP2487086B1
Application number: EP11154298.1A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Tanch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: EP2487086A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrobahn, insbesondere eine Elektrohängebahn, mit folgenden Merkmalen:

a) die Elektrobahn hat eine Schiene;
b) die Schiene hat zumindest eine Steigungsstrecke;
c) auf der Schiene ist ein Bahnwagen mit zumindest einem Fahrwerk verfahrbar;
d) zumindest im Bereich der Steigungsstrecke(n) erstreckt sich längs der Schiene eine Zahnstange mit in bestimmter Zahnteilung angeordneten Zähnen;
e) die Elektrobahn hat einen vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor;
f) von dem Antriebsmotor ist ein Antriebsadhäsionsrad über eine Antriebswelle angetrieben;
g) das Antriebsadhäsionsrad liegt an der Schiene reibschlüssig an;
h) auf der Antriebswelle sitzt drehfest ein Antriebszahnrad;
i) das Antriebszahnrad kämmt mit der Zahnstange dort, wo sie vorhanden ist;
j) an den stirnseitigen Enden der Zahnstange sind von der Zahnstange getrennte Zahnstangensegmente angeordnet;
k) die Zahnstangensegmente bilden Fortsetzungen der Zahnstange;
l) die Zahnstangensegmente sind in einer durch die Zahnstange und Zahnstangensegmente und durch das Antriebszahnrad gehenden Bewegungsebene zwischen einer Ausgangsstellung und einer von dem Antriebszahnrad weg gerichteten Ausweichstellung beweglich geführt;
m) die Zahnstangensegmente sind in der Bewegungsebene sowohl in ihrer Längsrichtung als auch senkrecht dazu beweglich geführt;
n) für die Begrenzung der Bewegung der Zahnstangensegmente in Richtung auf die jeweils benachbarte Zahnstange ist jeweils ein Anschlag vorgesehen;
o) bei Anlage der Zahnstangensegmente an dem jeweils zugehörigen Anschlag haben die gegenüberstehenden Zähne von Zahnstange und Zahnstangensegment einen zahnteilungsgerechten Abstand;
p) der Wirkdurchmesser des Antriebszahnrades ist kleiner als der des Antriebsadhäsionsrades.

Eine solche Elektrobahn ist beispielsweise aus CH 691 185 A5 bekannt.
Vor allem für den innerbetrieblichen Transport von Waren werden sogenannte Elektrohängebahnen eingesetzt. Solche Elektrohängebahnen haben eine Schiene mit meist Doppel-T-förmigem Querschnitt, in deren Längserstreckung ein oder mehrere Bahnwagen verfahrbar sind. Hierzu weisen die Bahnwagen ein einziges Fahrwerk ( DE 10 2008 049 975 A1 ) oder auch zwei Fahrwerke ( EP 0 931 709 B1 ) auf, wobei im letzteren Fall eines der Fahrwerke das Hauptfahrwerk mit dem Antrieb bildet. Das Fahrwerk bzw. die Fahrwerke stützen sich auf dem Obergurt der Schiene über ein Tragrad ab, das bei dem mit dem Antrieb versehenen Fahrwerk als Antriebsadhäsionsrad ausgebildet ist, also reibschlüssig an der Oberseite des Obergurts der Schiene anliegt. Die Fahrwerke haben dann weitere Rollen, mit denen sie sich an der Unterseite des Untergurts und auch seitlich an der Schiene abstützen. Das Antriebsadhäsionsrad ist mit einem meist als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor verbunden.
Mit solchen Elektrohängebahnen können die Bahnwagen nicht nur horizontal verfahren werden, sondern sie können auch Steigungsstrecken überwinden. Hierzu ist es allerdings erforderlich, besondere Einrichtungen vorzusehen, damit es zu einer Reibschlussverstärkung zumindest des Antriebsadhäsionsrades kommt (vgl. EP 0 931 709 B1 , DE 10 2008 049 975 A1 ). Solche Fahrwerke sind jedoch aufwändig, und es können gleichvoll nur Steigungsstrecken mit relativ geringem Steigungswinkel befahren werden. Außerdem entstehen bei der Reibschlussverstärkung hohe Kräfte, die zu Brüchen führen können. Zudem können größere Lasten nicht transportiert werden, da der Reibschluss hierfür nicht ausreichend ist.
Um Steigungsstrecken mit größerem Steigungswinkel überwinden oder größere Lasten transportieren zu können, ist vorgeschlagen worden, eine Formschlussverbindung zwischen Bahnwagen und Schiene zumindest im Bereich der Steigungsstrecken vorzusehen, und zwar in Form einer sich längs der Schiene erstreckenden und mit dieser verbundenen Zahnstange und eines mit dem Elektromotor gekoppelten, in die Zahnstange eingreifenden Antriebszahnrades ( DE 20 2009 006 890 U1 ). Dabei können Antriebszahnrad und Antriebsadhäsionsrad drehfest auf einer gemeinsamen Antriebswelle sitzen ( DE 20 2010 006 974 U1 ).
Das Problem bei solchen Elektrobahnen ist, dass das Einlaufen des Antriebszahnrades in die Zahnstange in der Regel zu Kollisionen zwischen den Zähnen des Antriebszahnrades und der Zahnstange führen, weil der Bahnwagen außerhalb des Bereichs der Zahnstange nur eine Reibschlussverbindung mit der Schiene hat und demgemäß das Antriebszahnrad regelmäßig nicht zahnteilungsgerecht auf die Zahnstange auftrifft. Zur Beseitigung dieses Problems ist in der DE 20 2010 006 974 U1 vorgeschlagen worden, an den Enden der Zahnstange Zahnstangensegmente als Fortsetzungen der Zahnstange vorzusehen, wobei die Zahnstangensegmente nahe dem benachbarten Ende der Zahnstange um eine sich quer zur Fahrtrichtung erstreckenden Achse schwenkbar aufgehängt sind. Auf diese Weise können die freien Enden der Zahnstangensegmente beim Einlaufen in einer durch Zahnstange und Zahnstangensegment sowie durch das Antriebszahnrad bildenden Bewegungsebene ausweichen, wenn es zu einer Kollision zwischen den Zähnen des Antriebszahnrades und des Zahnstangensegmentes kommt. Im weiteren Verlauf soll eine Synchronisation von Zahnstange und Antriebszahnrad erfolgen, so dass dann das Antriebszahnrad zahnteilungsgerecht in den Bereich der Zahnstange einläuft. Dabei ist es offenbar wesentlich, das Antriebsadhäsionsrad und Wirkdurchmesser des Antriebszahnrades gleich groß sind.
Eine Überprüfung hat ergeben, dass die Anpassung zwischen Antriebszahnrad und Zahnstange bei dieser Elektrobahn nicht so problemlos ablaufen kann wie gewünscht. Aufgrund der kinematischen Verhältnisse kann es zu hohen Flächenpressungen an den Zähnen von Antriebszahnrad und/oder Zahnstangensegment bzw. Zahnstange mit der Gefahr des Zahnbruchs kommen, und es tritt erheblicher Verschleiß an dem Antriebsadhäsionsrad auf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Elektrobahn der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die vorgenannten Nachteile gemildert oder vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrobahn mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei insbesondere zwischen Antriebszahnrad und Antriebsadhäsionsrad eine Rutschkupplung vorhanden ist, die eine Relativbewegung zwischen beiden in deren Umfangsrichtungen zulässt.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, die Zahnstangensegmente derart beweglich zu führen, dass sie in zwei Richtungen ausweichen können, nämlich nicht allein senkrecht zur Längsrichtung der Zahnstangesegmente, sondern auch in deren Längsrichtung. Auf diese Weise können sich Zahnstangensegment und Antriebszahnrad zum Zwecke eines optimalen Eingriffs problemlos einander anpassen und synchronisieren, ohne dass es zu größere Flächenpressungen der Zähne und zu größerem Schlupf zwischen Antriebsadhäsionsrad und Schiene kommt, selbst wenn die Zähne von Zahnstange und Antriebszahnrad mit ihren Zahnspitzen zunächst aufeinander treffen. Zum Grundgedanken der Erfindung gehört aber auch, dass wegen der Längsbeweglichkeit der Zahnstangensegmente dafür gesorgt sein muss, dass das Zahnstangensegment spätestens beim Übergang des Antriebszahnrades von diesem auf die Zahnstange eine zahnteilungsgerechte Position einnimmt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, dass das Zahnstangensegment nach Eingriff des Antriebszahnrades in Richtung auf die Zahnstange mitgenommen wird und letztlich in einer zahnteilungsgerechten Position an einem Anschlag zur Anlage kommt, so dass ein weicher Übergang zu der Zahnstange erzielt wird. Die Mitnahme des Zahnstangensegmentes wird durch die Differenz zwischen Wirkdurchmesser des Antriebszahnrades und dem des Antriebsadhäsionsrades bewirkt. Beide Elemente, nämlich die bewegliche Führung der Zahnstangensegmente in zwei Richtungen und die Differenz der Wirkdurchmesser von Antriebsadhäsionsrad und Antriebszahnrad im beschriebenen Sinn, bewirken, dass die Synchronisation von Antriebszahnrad und Zahnstange ohne große Flächenpressung und Schlupf und folglich mit minimalem Verschleiß und geringen Kräften gelingt. Die Rutschkupplung zwischen Antriebszahnrad und Antriebsadhäsionsrad verhindert, dass es zu hohen Flächenpressungen zwischen Antriebszahnrad und Zahnstangensegment bzw. Zahnstange zahnteilungsgerecht miteinander synchronisiert sind, und dass zwischen Schiene und Antriebsadhäsionsrad Schlupf auftritt.
Der Begriff "Zahnstange" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung rein funktional in der Weise zu verstehen, dass darunter alle langgestreckten Eingriffselemente fallen, die in der Lage sind, mit einem radförmigen Eingriffselement einen formschlüssigen Eingriff herzustellen, d.h. gemeint sind damit auch z.B. fixierte oder gespannte Ketten. Was den Anschlag betrifft, kann ein separater Anschlag vorgesehen sein. In Frage kommt jedoch auch die Ausbildung des Stirnendes der Zahnstange als Anschlag.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zahnstangensegmente derart zwangsgeführt sind, dass es bei einer Ausweichbewegung senkrecht zur Längsachse der Zahnstangensegmente zwangsweise auch eine Bewegung in Längsrichtung des Zahnstangensegments ausführt, vorzugsweise von dem zugehörigen Anschlag weg. Auf diese Weise erfolgt eine zwangsgeführte Anpassung zwischen der Zahnteilung des Antriebszahnrades und der des Zahnstangensegmentes mit der Folge, dass das Zahnstangensegment nach Herstellung der Synchronisation aufgrund der unterschiedlichen Wirkdurchmesser von Antriebszahnrad und Zahnstangensegment wieder in Richtung auf den Anschlag zurückbewegt wird, bis es dort zur Anlage kommt und damit ein zahnteilungsgerechter Übergang von dem Zahnstangensegment zu der Zahnstange erfolgt.
Für die Ausgangsstellung gibt es mehrere Positionen. So können die Zahnstangensegmente jeweils am Anschlag anliegen, wobei es in diesem Fall zweckmäßig ist, wenn eine Zwangsführung vorhanden ist, aufgrund der sich das Zahnstangensegment bei einer Ausweichbewegung von dem Anschlag entfernt. Stattdessen können die Zahnstangensegmente in der Ausgangsstellung einen Abstand zu dem jeweils zugehörigen Anschlag haben. Dies lässt größere Freiheiten bei der Gestaltung der Führung des Zahnstangensegments zu. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich das Zahnstangensegment bei einer Ausweichbewegung in Richtung auf den Anschlag bewegt, allerdings im Maximum nur so weit, dass immer noch ein Restabstand verbleibt und dieser Abstand dann erst durch den Einlauf des Antriebszahnrades überwunden wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bewegungsebene, in der die Zahnstangensegmente beweglich geführt sind, eine vertikale Ebene ist, wobei die Zähne vorzugsweise an der Oberseite der Zahnstange bzw. der Zahnstangensegmente angeordnet, also nach oben ausgerichtet sind. Dies schließt nicht aus, dass andere Anordnungen bzw. Ausrichtungen in Frage kommen, beispielsweise nach unten oder zur Seite ausgerichtete Zähne. Die Anordnung der Zahnstangen bzw. der Zahnstangensegmente ist ebenfalls relativ frei, d. h. sie können an der Oberseite oder an der Unterseite der Schiene, aber auch seitlich der Schiene angeordnet werden.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Zahnstangensegmente eine in Richtung auf die Ausgangsstellung wirksame Federvorspannung haben, so dass sie bei Nichtbeanspruchung automatisch ihre Ausgangsstellung einnehmen und federnd ausweichen, wenn ein Antriebszahnrad nicht zahnteilungsgerecht auf das Zahnstangensegment auftrifft.
Für die Führung der Zahnstangensegmente kommen unterschiedliche Konstruktionen in Frage. So können die Zahnstangensegmente jeweils über zumindest zwei schwenkbar gelagerte Führungslenker geführt sein, mit denen das jeweilige Zahnstangensegment einen Viergelenkbogen bildet. Die oben erwähnte Federvorspannung kann dann unter Beaufschlagung zumindest einer der Führungslenker erfolgen. Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, dass der zahnstangennahe Führungslenker sich senkrecht zur Längserstreckung des Zahnstangensegmentes erstreckt und der zahnstangenferne Führungslenker einen derart schrägen Verlauf hat, dass sich das Zahnstangensegment bei einer Bewegung in Richtung auf die Ausweichstellung von dem zugehörigen Anschlag entfernt.
Stattdessen können die Zahnstangensegmente auch über Kulissenführungen geführt sein. Mit Hilfe solcher Führungen können beliebige Bewegungsbahnen verwirklicht werden. Es kommen auch Kombinationen von Lenkerführungen und Kulissenführungen in Frage, beispielsweise derart, dass die Zahnstangensegmente zahnstangennah an einem Führungslenker und zahnstangenfern von einer Kulissenführung geführt sind. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass der Führungslenker sich senkrecht zur Längserstreckung des Zahnstangensegments erstreckt und dazu zahnstangenfern eine Abstützfeder vorhanden ist, die das Zahnstangensegment in Richtung auf die Ausgangsstellung federbeaufschlagt.
Die Erfindung sieht des Weiteren vor, dass die Zahnstangensegmente an ihren zahnstangenfernen Enden eine zahnlose Einlaufschräge aufweisen. Auf diese Weise wird das Zahnstangensegment unabhängig von der Stellung des Antriebszahnrades in Richtung auf die Ausweichstellung bewegt.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1: die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Zahnstangensegmenteinrichtung für eine Elektrobahn in der Ausgangsstellung;
Figur 2: die Zahnstangensegmenteinrichtung gemäß Figur 1 in der Ausweichstellung;
Figur 3: die Zahnstangensegmenteinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 bei Anlage des Zahnstangensegmentes am Anschlag;
Figur 4: die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstangensegmenteinrichtung in der Ausgangsstellung;
Figur 5: die Zahnstangensegmenteinrichtung gemäß Figur 4 in der Ausweichstellung und
Figur 6: die Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstangensegmenteinrichtung in der Ausgangsstellung.

In den Figuren 1 bis 3 ist eine Versuchsanordnung einer Zahnstangensegmenteinrichtung für eine Einschienenhängebahn dargestellt. Es ist eine waagerecht verlaufende Schiene 1 zu sehen, welche einen sich in vertikaler Ebene erstreckenden Schienensteg 2 aufweist, der obenseitig von einem Obergurt 3 und untenseitig von einem Untergurt 4 begrenzt wird. Der Untergurt 4 ist durchgehend, während der Obergurt 3 ausgeschnitten ist.
In dem ausgeschnittenen Bereich schließt sich an den Obergurt 3 ein Zahnstangensegment 5 an. In der in Figur 1 dargestellten Ausgangsstellung ragen dessen nach oben gerichteten Zähne - beispielhaft mit 6 bezeichnet - über die Oberseite des Obergurts 3 hinaus. Nach links schließt sich in Fortsetzung des Zahnstangensegments 5 eine Zahnstange 7 an, die fest mit der Schiene 1 verbunden ist und zu einer hier nicht näher dargestellten Steigungsstrecke führt.
Das Zahnstangensegment 5 ist an zwei Führungslenkern 8, 9 angelenkt, die sich in Richtung auf den Untergurt 4 erstrecken und nahe zu diesem über Schwenklager 10, 11 an dem Schienensteg 2 um jeweils quer zu dessen Ebene liegende Schwenkachsen gelagert sind. Das Zahnstangensegment 5 bildet mit den beiden Führungslenkern 8, 9 getriebetechnisch einen Viergelenkbogen. Der zahnstangennahe Führungslenker 8 steht in allen Stellungen des Zahnstangensegments 5 im Wesentlichen senkrecht, während der zahnstangenferne Führungslenker 9 schräg nach unten mit einer Richtungskomponente in Richtung der Zahnstange 7 verläuft. Das Zahnstangensegment 5 ist seitlich über Kulissenschlitze 12, 13 geführt, indem die Kulissenschlitze 12, 13 von an dem Schienensteg 2 fixierten Führungsbolzen 14, 15 durchsetzt werden.
An dem zahnstangennahen Führungslenker 8 greift ein dort gabelförmig ausgebildeter, langgestreckter Gewindebolzen 16 an, auf dem ein zylinderförmiges Anschlagstück 17 sitzt, das von einer Ausgangsstellung, gezeigt in Figur 1, in Richtung von dem Führungslenker 8 weg bewegbar ist, nicht jedoch umgekehrt. Der Gewindebolzen 16 durchsetzt einen Anschlagwinkel 18, der über einen Befestigungsschenkel mit dem Schienensteg 2 verbunden ist. Zu beiden Seiten des Anschlagwinkels 18 ist der Gewindebolzen 16 von auf Druck beanspruchten Schraubenfedern 19, 20 umgeben, deren Federvorspannungen über Muttern 21, 22 einstellbar ist. Die linksseitige Schraubenfeder 19 ist zwischen der Mutter 21 und dem Anschlagwinkel 18 verspannt, während die rechte Schraubenfeder 20 zwischen dem Anschlagstück 17 und der Mutter 22 verspannt ist.
Im Bereich des zahnstangennahen Endes des Zahnstangensegments 5 ist ein Anschlagblock 23 an dem Schienensteg 2 befestigt, der von einer Anschlagschraube 24 durchsetzt ist. Deren Stellung ist durch Ein- oder Ausschrauben veränderbar.
Oberhalb des Obergurts 3 ist eine Antriebsradkombination 25 dargestellt. Sie weist eine Antriebswelle 26 auf, auf der ein Antriebsadhäsionsrad 27 - über eine Rutschkupplung mit ihr verbunden - sitzt. In der Darstellung davor ist ein Antriebszahnrad 28 zu sehen, das mit der Antriebswelle 26 drehfest verbunden ist. Die Antriebsradkombination 25 ist hier isoliert gezeigt. Sie gehört zu einem hier nicht dargestellten Fahrgestell eines Bahnwagens, wobei auf dem Fahrgestell ein Elektromotor vorhanden ist, der mit der Antriebswelle 26 zwecks deren Antrieb verbunden ist.
Das Antriebsadhäsionsrad 27 rollt auf der Oberseite des Obergurts 3 ab. Es hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Antriebszahnrads 28, so dass die Spitzen der Zähne - beispielhaft mit 29 bezeichnet - des Antriebszahnrads 28 nicht mit dem Obergurt 3 kollidieren, wenn die Antriebsradkombination 25 darüber abrollt.
In Figur 1 ist die Antriebsradkombination 25 in einer Stellung gezeigt, in der die Zähne 29 des Antriebszahnrades 28 noch nicht in Kontakt mit den Zähnen 6 des Zahnstangensegmentes 5 sind. Das Zahnstangensegment 5 befindet sich in seiner Ausgangsstellung, in der zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten von Zahnstangensegment 5 und Zahnstange 7 sowie zwischen Zahnstangensegment 5 und Anschlagschraube 24 relativ kleine Spalte vorhanden sind, wobei der Spalt zwischen Zahnstangensegment 5 und Zahnstange 7 etwas größer ist als der zwischen Anschlagschraube 24 und Zahnstangensegment 5. Der Abstand zwischen den beiden Zähnen 6, 30, die sich am Übergang von Zahnstangensegment 5 zu Zahnstange 7 gegenüberstehen, ist größer als die Zahnteilung der Zähne 6, 30 von Zahnstangensegment 5 und Zahnstange 7. Das Zahnstangensegment 5 wird in dieser Position durch Einwirkung der beiden Schraubenfedern 19, 20 gehalten, indem die linke Schraubenfeder 19 den Gewindebolzen 16 in Richtung auf den Führungslenker 8 kraftbeaufschlagt und hierdurch für die Anlage des Anschlagstücks 17 an dem Anschlagwinkel 18 sorgt.
In Figur 2 ist die Antriebsradkombination 5 in einer solchen Stellung gezeigt, dass ein Zahn 29 des Antriebszahnrades 28 mit dem ersten Zahn 6 des Zahnstangensegments 5 kollidiert. Hierdurch wird das Zahnstangensegment 5 nach unten in eine Ausweichstellung gedrückt, so dass die zahnstangenfernen Zähne 6 des Zahnstangensegments 5 nur noch wenig über die Oberseite des Obergurts 3 vorstehen. Aufgrund der Kinematik der beiden Führungslenker 8, 9 konnte sich der zahnstangenferne Teil des Zahnstangensegments 5 absenken, während der zahnstangennahe Bereich in der Vertikalen kaum eine Änderung erfahren hat. Die Kinematik hat zudem zur Folge, dass sich das Zahnstangensegment 5 von der Anschlagschraube 24 und von dem stirnseitigen Ende der Zahnstange 7 entfernt hat, so dass dort größere Spalte entstanden sind.
Beim Weiterrollen der Antriebsradkombination 25 in Richtung auf die Zahnstange 7 kommt es aufgrund des Durchmesserunterschiedes zwischen Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebszahnrad 28 zu einer Relativbewegung der Zähne 29 des Antriebszahnrades 28 in Bezug auf die Zähne 6 des Zahnstangensegments 5 dergestalt, dass sehr bald die jetzt noch auf Kopf stehenden Zähne 6, 29 in Eingriff kommen, d. h. die Zähne 29 des Antriebszahnrades 28 kommen in eine Position, in der sie in die Lücken zwischen den Zähnen 6 des Zahnstangensegmentes 5 eingreifen können. Wenn dies geschieht, bewegt sich das Zahnstangensegment 5 wieder in Richtung auf seine Ausgangsstellung gemäß Figur 1, also nach oben, bewirkt durch die auf den Führungslenker 8 einwirkende Federvorspannung. Dabei kommt das Anschlagstück 17 erneut an dem Anschlagwinkel 18 zur Anlage.
Beim Weiterrollen der Antriebsradkombination 25 wird das Zahnstangensegment 5 entgegen der Wirkung der rechten Schraubenfeder 20 in Richtung auf die Zahnstange 7 geschoben. Ursache hierfür ist wiederum der Unterschied im Durchmesser von Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebszahnrad 28, der dazu führt, dass sich die Antriebsradkombination 25 translatorisch schneller auf der Schiene 1 bewegt als es der Eingriff zwischen Zahnstangensegment 5 und Antriebszahnrad 28 erlaubt. Die Verschiebung des Zahnstangensegments 5 setzt sich bis zur Anlage an der Anschlagschraube 24 fort. Diese ist so eingestellt, dass die beiden Zähne 6, 30, die sich an den Stirnseiten von Zahnstange 7 und Zahnstangensegment 5 unmittelbar gegenüberstehen, dann einen zahnteilungsgerechten Abstand haben. Bei Anlage des Zahnstangensegments 5 an der Anschlagschraube 24 erhöht sich die Flächenpressung an den in Eingriff stehenden Zähnen 6, 29, 30, und es tritt ein Schlupf zwischen Antriebsadhäsionsrad 27 und Obergurt 3 auf. In diesem Augenblick wird die Rutschkupplung wirksam mit der Folge, dass sich Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebszahnrad 28 mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten weiterbewegen können, ohne dass es zu Schlupf kommt. Diese Situation ist in Figur 3 dargestellt. Sobald die Antriebsradkombination 25 keinen Eingriff mehr mit dem Zahnstangensegment 5 hat, also sich gegenüber der Darstellung gemäß Figur 3 weiter nach links bewegt hat, sorgt die Schraubenfeder 20 wieder dafür, dass das Zahnstangensegment 5 in die in Figur 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückbewegt wird.
In den Figuren 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform einer Versuchsanordnung einer Zahnstangensegmenteinrichtung für eine Einschienenhängebahn dargestellt. Zu sehen ist auch hier eine waagerecht verlaufende Schiene 31, welche einen sich in vertikaler Ebene erstreckenden Schienensteg 32 aufweist, der obenseitig von einem Obergurt 33 ausgeschnitten ist.
In dem ausgeschnittenen Bereich schließt sich an den Obergurt 33 ein Zahnstangensegment 35 an. In der in Figur 4 dargestellten Ausgangsstellung ragen dessen nach oben gerichteten Zähne - beispielhaft mit 36 bezeichnet - über die Oberseite des Obergurts 33 hinaus. Nach links schließt sich an das Zahnstangensegment 35 eine Zahnstange 37 an, die fest mit der Schiene 31 verbunden ist und zu einer hier nicht näher dargestellten Steigungsstrecke führt.
Das Zahnstangensegment 35 ist an seinem zahnstangennahen Ende an einem Führungslenker 38 angelenkt, der sich im Wesentlichen senkrecht nach unten erstreckt und über ein Schwenklager 39 an den Schienensteg 32 um eine quer zu dessen Ebene liegende Schwenkachse gelagert ist. Das Zahnstangensegment 35 ist seitlich über einen zahnstangennahen Kulissenschlitz 40 geführt, der von einem an dem Schienensteg 32 fixierten Führungsbolzen 41 durchsetzt ist. Im zahnstangenfernen Bereich hinterfasst das Zahnstangensegment 35 mit einer Kulissenausnehmung 42 eine von zwei Führungsbolzen 43, 44 gehaltene Führungsplatte.
Neben der Kulissenausnehmung 42 ist an dem Zahnstangensegment 35 eine Gelenkstange 45 angelenkt, die nach unten gerichtet ist und mit ihrem unteren Ende einen Abstützblock 46 durchsetzt. Die Gelenkstange 45 ist von einer auf Druck beanspruchten Schraubenfeder 47 umgeben, die sich untenseitig an dem Abstützblock 46 und obenseitig an einer Abstützscheibe 48 abstützt. Die Gelenkstange 45 ist an ihrem untenseitigen Ende verbreitert. Das verbreiterte Ende begrenzt die Beweglichkeit der Gelenkstange 45 nach oben, d.h. die Ausgangsstellung des Zahnstangensegments 35 wird durch die Länge der Gelenkstange 45 vorgegeben, wobei die Schraubenfeder 47 die Gelenkstange 45 und damit das Zahnstangensegment 38 nach oben drückt.
An dem Führungslenker 30 greift ein lang gestreckter Gewindebolzen 49 an, der sich parallel zu dem Zahnstangensegment 35 erstreckt und einen Anschlagblock 50 durchsetzt, der mit dem Schienensteg 32 verbunden ist.
Zu beiden Seiten des Anschlagblocks 50 ist der Gewindebolzen 49 von auf Druck beanspruchten Schraubenfedern 51, 52 umgeben, deren Federvorspannung über Muttern 53, 54 einstellbar ist. Die linksseitige Schraubenfeder 51 ist zwischen der Mutter 53 und einer an dem Anschlagblock 50 anliegenden Führungsscheibe 50a verspannt, während die rechte Schraubenfeder 52 zwischen der Mutter 54 und einer an dem Anschlagblock 50 anliegenden Führungsscheibe 50b verspannt ist. Die Führungsscheiben 50a, 50b sitzen lose auf dem Gewindebolzen 49. Letzterer hat im Bereich des Anschlagblocks 50 eine Bolzenverdickung mit einem größeren Durchmesser als im übrigen Bereich, wobei das Durchgangsloch in dem Anschlagblock 50 dem Durchmesser der Bolzenverdickung entspricht. Der Außendurchmesser der Führungsscheiben 50a, 50b und der Innendurchmesser von deren Durchgangslöchern sind so bemessen, dass die Führungsscheiben 50a, 50b sowohl an dem Anschlagblock 50 als auch an den beiden Stirnseiten der Bolzenverdickung anliegen. Auf diese Weise wird der Gewindebolzen 49 in der Ausgangsstellung beidseitig von den Führungsscheiben 50a, 50b eingefasst.
Im Bereich des zahnstangennahen Endes des Zahnstangensegments 35 ist ein Anschlagblock 55 an dem Schienensteg 32 befestigt, der von einer Anschlagschraube 56 durchsetzt ist, deren Stellung durch Ein- oder Ausschrauben in deren Längsachse veränderbar ist.
Oberhalb des Obergurts 33 ist in Figur 4 eine Antriebsradkombination 57 dargestellt. Sie hat auch hier eine gemeinsame Antriebswelle 58, auf der jeweils ein Antriebsadhäsionsrad 59 über einer Rutschkupplung aufgesetzt ist. Mit der Antriebswelle 58 drehfest verbunden ist ein Antriebszahnrad 60. Wie in den Figuren 1 bis 3 ist die Antriebsradkombination 57 nur isoliert dargestellt. Sie gehört hier ebenfalls zu einem nicht dargestellten Fahrgestell eines Bahnwagens, wobei auf dem Fahrgestell ein Elektromotor vorhanden ist, der mit der Antriebswelle 58 zwecks deren Antrieb verbunden ist.
Das Antriebsadhäsionsrad 59 rollt auf der Oberseite des Obergurts 33 ab. Es hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Antriebszahnrads 60, so dass die Spitzen von dessen Zähnen - beispielhaft mit 61 bezeichnet - nicht mit dem Obergurt 33 kollidieren, wenn die Antriebsradkombination 57 darüber abrollt.
In Figur 4 ist die Antriebsradkombination 57 in einer Stellung gezeigt, in der einer der Zähne 61 des Antriebszahnrades 60 auf Kopf mit dem ersten Zahn 36 des Zahnstangensegments 35 steht. Im Unterschied zu Figur 2 ist jedoch das Zahnstangensegment 35 noch nicht ausgewichen, befindet sich also noch in seiner Ausgangsstellung, in der zwischen den gegenüber liegenden Stirnseiten von Zahnstangensegment 35 und Zahnstange 37 sowie zwischen Zahnstangensegment 35 und Anschlagschraube 56 Spalte vorhanden sind, wobei der Spalt zwischen Zahnstangensegment 35 und Zahnstange 37 etwas größer ist als der zwischen Anschlagschraube 56 und Zahnstangensegment 35. Dabei ist der Abstand zwischen den beiden Zähnen 36, 62, die sich am Übergang von Zahnstangensegment 35 zu Zahnstange 37 gegenüber stehen, nicht zahnteilungsgerecht. Das Zahnstangensegment 35 wird in Längsrichtung durch Einwirkung der beiden Schraubenfedern 51, 52 gehalten.
Beim Weiterrollen der Antriebsradkombination 57 in Richtung der Zahnstange 37 wird das Zahnstangensegment 35 aus der in Figur 4 gezeigten Ausgangsstellung in die in Figur 5 dargestellte Ausweichstellung gedrückt, so dass die zahnstangenfernen Zähne 36 des Zahnstangensegments 35 nur noch wenig über die Oberseite des Obergurts 33 vorstehen. In Figur 5 ist die Antriebsradkombination 57 weggelassen. Aufgrund der Führungskinematik des Zahnstangensegments 35 ist im Wesentlichen der zahnstangenferne Teil des Zahnstangensegments 5 abgesenkt, während der zahnstangennahe Bereich in der Vertikalen kaum eine Änderung erfahren hat.
Das Absenken des zahnstangenfernen Teils des
Zahnstangensegments 5 erfolgt dabei gegen die Wirkung der Schraubenfeder 47. Die Kinematik der Führung des Zahnstangensegments 35 hat zur Folge, dass sich das Zahnstangensegment 35 beim Absenken von der Anschlagschraube 56 und von dem stirnseitigen Ende der Zahnstange 37 entfernt hat, so dass dort größere Spalte entstehen.
Bewegt sich die Antriebsradkombination 57 weiter in Richtung der Zahnstange 37, kommt es aufgrund des
Durchmesserunterschiedes zwischen Antriebsadhäsionsrad 59 und Antriebszahnrad 60 zu einer Relativbewegung der Zähne 61 des Antriebszahnrades 60 in Bezug auf die Zähne 36 des Zahnstangensegments 35 dergestalt, dass es sehr bald zwischen beiden zu einem Eingriff kommt, analog wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3. Dadurch bewegt sich das Zahnstangensegment 35 wieder in Richtung auf seine Ausgangsstellung gemäß Figur 4, bewirkt durch die Schraubenfeder 47.
Beim Weiterrollen der Antriebsradkombination 57 wird das Zahnstangensegment 35 entgegen der Wirkung der rechten Schraubenfeder 52 in Richtung auf die Zahnstange 37 geschoben. Die hierdurch erzeugten Wirkungen sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 beschrieben. Sobald es zur Anlage des Zahnstangensegments 35 an der Anschlagschraube 56 kommt, entkoppeln sich Antriebsadhäsionsrad 59 und Antriebszahnrad 60 über die Rutschkupplung, so dass sich beide dann in Umfangsrichtung relativ zueinander bewegen. Wenn die Antriebsradkombination 57 keinen Eingriff mehr mit dem Zahnstangensegment 35 hat, sorgt die rechte Schraubenfeder 52 dafür, dass das Zahnstangensegment 35 wieder in die in Figur 4 dargestellte Ausgangsstellung zurück bewegt wird.
In Figur 6 ist eine Versuchsanordnung dargestellt, die weitgehend mit der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 übereinstimmt, weshalb nachstehend nur die Unterschiede beschrieben werden. Soweit Teile dieser Versuchsanordnung identisch oder funktionsidentisch mit Teilen der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 ist, werden die gleichen Bezugsziffern verwendet, und zur Beschreibung der mit diesen Bezugsziffern gekennzeichneten Teile wird auf die Beschreibung der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 verwiesen.
Im Unterschied zu den Figuren 1 bis 3 hat die Schiene 1 keinen Untergurt 4, und von dem Obergurt 3 ist nur ein kurzes Stück zu sehen. Die Kombination aus Gewindebolzen 49 und Schraubenfedern 51, 52 stammt von der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 4 und 5, so dass die dort verwendeten Bezugsziffern auch hier verwendet worden sind. Zum Zwecke der Beschreibung dieser Teile wird auf die Beschreibung der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 4 und 5 verwiesen.
Der wesentliche Unterschied zu den Versuchsanordnungen gemäß den Figuren 1 bis 3 besteht darin, dass das
Zahnstangensegment 65 gegenüber der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 3 durch eine zahnstangenferne Anlaufschräge 66 verlängert ist, die keine Zähne aufweist und deren Oberfläche nahezu bündig in die Oberfläche des Obergurts 3 ausläuft. Die Einstellung der Schraubenfedern 51, 52 ist dergestalt, dass das Zahnstangensegment 65 in der gezeigten Ausgangsstellung an der Anschlagschraube 24 anliegt, so dass die sich gegenüber stehenden Zähne 6, 30 von Zahnstange 7 und Zahnstangensegment 65 einen zahnteilungsgerechten Abstand haben.
Im Betrieb rollt die hier nicht dargestellte
Antriebsradkombination 25 derart in Richtung auf die Zahnstange 7, dass das Antriebsadhäsionsrad 27 auf dem Obergurt 3 verbleibt, jedoch das Antriebszahnrad 28 auf die Anlaufschräge 66 aufläuft. Hierdurch wird das Zahnstangensegment 65 nach unten in die Ausweichstellung gedrückt, wobei die Kinematik der beiden Führungslenker 8, 9 - sie bilden auch hier mit dem Zahnstangensegment 65 getriebetechnisch einen Viergelenkbogen -, insbesondere der zahnstangenferne Teil des Zahnstangensegments 65 absinkt und sich das Zahnstangensegment 65 von der Anschlagschraube 24 und von dem stirnseitigen Ende der Zahnstange 7 entfernt.
Beim Weiterrollen der Antriebsradkombination 25 in Richtung auf die Zahnstange 7 kommt es aufgrund des
Durchmesserunterschiedes zwischen Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebseinheit 28 zu einer Relativbewegung der Zähne 29 des Antriebszahnrades 28 in Bezug auf die Zähne 6 des Zahnstangensegments 65 dergestalt, dass bald - wie bei der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 - einen Eingriff zwischen den Zähnen 6, 29 stattfindet. Dies erlaubt es dem Zahnstangensegment 65, sich wieder nach oben unter Einwirkung der Schraubenfeder 20 zu bewegen. Aufgrund des zu der Versuchsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Unterschieds bei den Durchmessern von Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebszahnrad 28 wird das Zahnstangensegment 65 wieder in Richtung auf die Zahnstange 7 zurückgeschoben, bis das Zahnstangensegment 65 wieder an der Anschlagschraube 24 zur Anlage kommt. Aufgrund der dann wirksamen Flächenpressungen an den in Eingriff stehenden Zähnen 6, 29, 30 werden Antriebsadhäsionsrad 27 und Antriebszahnrad 28 über die Rutschkupplung wieder entkoppelt. Insoweit wird auf die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 Bezug genommen.

Claims

Elektrobahn, insbesondere Elektrohängebahn, mit folgenden Merkmalen:
a) die Elektrobahn hat eine Schiene (1, 31);

b) die Schiene (1, 31) hat zumindest eine Steigungsstrecke;

c) auf der Schiene (1, 31) ist ein Bahnwagen mit zumindest einem Fahrwerk verfahrbar;

d) zumindest im Bereich der Steigungsstrecke(n) erstreckt sich längs der Schiene (1, 31) eine Zahnstange (7, 37) mit in bestimmter Zahnteilung angeordneten Zähnen (30, 62);

e) die Elektrobahn hat einen vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor;

f) von dem Antriebsmotor ist ein Antriebsadhäsionsrad (27, 59) über eine Antriebswelle (26, 58) angetrieben;

g) das Antriebsadhäsionsrad (27, 59) liegt an der Schiene (1, 31) reibschlüssig an;

h) auf der Antriebswelle (26, 58) sitzt drehfest ein Antriebszahnrad (28, 60);

i) das Antriebszahnrad (28, 60) kämmt mit der Zahnstange (7, 37) dort, wo sie vorhanden ist;

j) an den stirnseitigen Enden der Zahnstange (7, 37) sind von der Zahnstange (7, 37) getrennte Zahnstangensegmente (5, 35, 65) angeordnet;

k) die Zahnstangensegmente (5, 35, 65) bilden Fortsetzungen der Zahnstange (7, 37);

l) die Zahnstangensegmente (5, 35, 65) sind in einer durch die Zahnstange (7, 37) und Zahnstangensegmente (5, 35, 65) und durch das Antriebszahnrad (28, 60) gehenden Bewegungsebene zwischen einer Ausgangsstellung und einer von dem Antriebszahnrad (28, 60) weg gerichteten Ausweichstellung beweglich geführt;

m) die Zahnstangensegmente (5, 35, 65) sind in der Bewegungsebene sowohl in ihrer Längsrichtung als auch senkrecht dazu beweglich geführt;

n) für die Begrenzung der Bewegung der Zahnstangensegmente (5, 35, 65) in Richtung auf die jeweils benachbarte Zahnstange (7, 37) ist jeweils ein Anschlag (24, 56) vorgesehen;

o) bei Anlage der Zahnstangensegmente (5, 35, 65) an dem jeweils zugehörigen Anschlag (24, 56) haben die gegenüberstehenden Zähne (6, 30, 36, 62) von Zahnstange (7, 37) und Zahnstangensegment (5, 35, 65) einen zahnteilungsgerechten Abstand;

p) der Wirkdurchmesser des Antriebszahnrades (28, 60) ist kleiner als der des Antriebsadhäsionsrades (27, 57);
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

q) zwischen Antriebszahnrad (28, 60) und Antriebsadhäsionsrad (27, 57) ist eine Rutschkupplung wirksam, die eine Relativbewegung zwischen beiden zulässt.
Elektrobahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangensegmente (5, 35, 65) derart zwangsgeführt sind, dass es bei einer Ausweichbewegung senkrecht zur Längsrichtung der Zahnstangensegmente (5, 35, 65) auch zu einer Bewegung in dessen Längsrichtung kommt, vorzugsweise von dem zugehörigen Anschlag (24, 56) weg.
Elektrobahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangensegmente (65) in der Ausgangsstellung am Anschlag (24) anliegen.
Elektrobahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangensegmente (5, 35) in der Ausgangsstellung einen Abstand zu dem jeweils zugehörigen Anschlag (24, 56) haben.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsebene eine vertikale Ebene ist.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (30, 62) an der Oberseite der Zahnstange (7, 37) angeordnet sind.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangensegmente (5, 35, 65) eine in Richtung auf die Ausgangsstellung wirkende Federvorspannung haben.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangensegmente (5, 65) jeweils über zumindest zwei schwenkbar gelagerte Führungslenker (8, 9) geführt sind, mit denen das jeweilige Zahnstangensegment (5, 65) einen Viergelenkbogen bildet.
Elektrobahn nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Führungslenker (8, 9) mit der Federvorspannung beaufschlagt ist.
Elektrobahn nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zahnstangennahe Führungslenker (8) sich senkrecht zur Längserstreckung des Zahnstangensegmentes (5, 65) erstreckt und der zahnstangenferne Führungslenker (9) einen derart schrägen Verlauf hat, dass sich das Zahnstangensegment (5, 65) bei einer Bewegung in Richtung auf die Ausweichstellung von dem zugehörigen Anschlag (24) entfernt.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnstangensegmente über Kulissenführungen (12, 13, 42) geführt sind.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnstangensegmente (35) zahnstangennah von einem Führungslenker (38) und zahnstangenfern von einer Kulissenführung (42) geführt sind.
Elektrobahn nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungslenker (38) sich senkrecht zur Längserstreckung des Zahnstangensegmentes (35) erstreckt und dazu zahnstangenfern eine Abstützfeder (47) vorhanden ist, die das Zahnstangensegment (35) in Richtung auf die Ausgangsstellung federbeaufschlagt.
Elektrobahn nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnstangensegmente (65) an ihren zahnstangenfernen Enden eine zahnlose Einlaufschräge (66) aufweisen.