EP4516616A1 - Transportsystem mit aneinander gekoppelten wägen und formschlüssigem antrieb - Google Patents

Transportsystem mit aneinander gekoppelten wägen und formschlüssigem antrieb Download PDF

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Publication number
EP4516616A1
EP4516616A1 EP23194086.7A EP23194086A EP4516616A1 EP 4516616 A1 EP4516616 A1 EP 4516616A1 EP 23194086 A EP23194086 A EP 23194086A EP 4516616 A1 EP4516616 A1 EP 4516616A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rack
drive
transport system
racks
carriage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23194086.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Beutler
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP23194086.7A priority Critical patent/EP4516616A1/de
Publication of EP4516616A1 publication Critical patent/EP4516616A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C11/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of means applying the tractive effort; Arrangement or disposition of running gear other than normal driving wheel
    • B61C11/04—Locomotives or motor railcars characterised by the type of means applying the tractive effort; Arrangement or disposition of running gear other than normal driving wheel tractive effort applied to racks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/02—Rack railways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/12—Systems with propulsion devices between or alongside the rails, e.g. pneumatic systems

Definitions

  • the application relates to a transport system with rails, comprising a drive line (A) with a rail section that extends along the drive line, and transport units that are movable along the rail(s), each comprising at least one first carriage and a second carriage coupled to the first carriage.
  • A drive line
  • transport units that are movable along the rail(s), each comprising at least one first carriage and a second carriage coupled to the first carriage.
  • Transport systems such as amusement rides with vehicles for accommodating one or more passengers are used in different variants.
  • Amusement vehicles are often rail-guided, such as roller coaster vehicles, whose orientation and movement along a route is predetermined.
  • the orientation and movement of the vehicle depend on the position along the route, i.e. a point on the route, and on the speed or acceleration at the point on the route.
  • the position-dependent speeds and accelerations can be generated by controlling a vehicle drive.
  • positive-locking drives are used, among other things, in order to achieve the most direct power transmission possible.
  • a rack or similar is installed along a section of track.
  • the vehicle is equipped with a drive module that has a gear that engages the rack to accelerate or brake.
  • Mounting the drive with positive engagement outside the vehicle can result in only one vehicle being driven when the carriages are coupled or in a continuous power transmission not being possible when moving from one carriage to the other.
  • the object of the invention is to provide a transport system with at least two coupled carriages, in particular for use in amusement parks, whereby a continuous, positive power transmission is made possible via a drive line.
  • the transport system is advantageous for a number of applications, even if the following description in some places refers by way of example to amusement facilities, in particular roller coasters.
  • the length (z) of the first rack and/or the second rack is in particular greater than or equal to the first distance (1) between the racks.
  • the transport system can have a drive group with at least two drive wheels, comprising the first drive wheel and the second drive wheel, wherein the drive wheels are each arranged at a longitudinal distance along the travel path, wherein the drive wheels are driven synchronously and/or in a coordinated manner and/or coupled to one another.
  • the synchronization of the drive wheels can be achieved via a connection to a common drive shaft or with electrically synchronized separate drive motors.
  • the drive wheels are mechanically coupled, e.g. via a gear/pinion and/or via belts and/or via chains) or they are coordinated with each other by a control system (synchronous/coordinated drive of the drive wheels).
  • the minimum gap length 1_min results from the geometric arrangement of the racks and the radii and twists to be traveled in the route in order to avoid a collision of the racks during travel.
  • the distance between the racks which can extend lengthways and/or crossways relative to the direction of travel, is at least large enough to avoid a collision of the racks in rail radii and/or twists.
  • the transport system can have a freewheel circuit for a non-engaged drive wheel, whereby a torque is only applied when it is in engagement with a rack.
  • the freewheel is therefore activated as soon as the drive wheel is no longer in engagement with a rack.
  • At least one of the carriages can have two or more racks.
  • racks arranged in parallel for example, can absorb more power, for example proportional to the number of parallel bars. They can also be attached to both sides or symmetrically on the carriage to ensure symmetrical power transmission. However, this increases the number of drive wheels.
  • the drive wheels can be pinions that are matched to the racks.
  • at least one of the drive wheels can have a plurality of rollers as engagement elements for engaging in the toothing of the racks. This enables the drive wheel to roll on the flanks of the toothing of the gears, thereby reducing the friction of the drive overall.
  • At least one of the racks can be made of a conductive material so that it can also serve as a fin for an eddy current brake.
  • the Figure 1 shows schematically a transport system 1 according to the invention.
  • This has a rail track consisting of two parallel rails 2.
  • the direction of travel corresponds to a longitudinal direction of the rails 2 and is marked with the letter x and an arrow.
  • a rail-bound vehicle 3 consists of two carriages 3a and 3b.
  • the carriages 3a, 3b each have a chassis 30a, 30b.
  • the carriages are coupled to one another in an articulated manner.
  • a rack 31a or 31b is mounted on the side of the carriages 3a, 3b or on their chassis 30a, 30b.
  • the drive system of the transport system has a drive module 61 that is arranged stationary on the track and that transmits a torque to the transmission wheel 6 via a shaft 60.
  • the torque is transmitted synchronously via belts or chains 7 to two drive wheels 4 and 5 that are arranged one behind the other with respect to the rails and are intended to engage with the racks 31a and 31b.
  • the drive wheels 4, 5 can be pinions or be provided with a plurality of rollers, similar to chain links of a chain, that can roll on the flanks of the teeth of the racks 31a, 31b.
  • the distance between the drive wheels 4, 5 is such that, as long as the train (the carriages 3a and 3b, more precisely: the racks 31a, 31b) is in the drive section (this is defined by the two drive wheels 4, 5, which define the start and end point as well as the drive section in between), at least one of the drive wheels 4, 5 is always in engagement with one of the racks 31a, 31b.
  • a gear e.g. gear 5
  • the other gear 4 must be in engagement with one of the racks 31a, 31b.
  • the arrangement is designed in such a way that when, in a later sequence, the gear 4 is at the level of the gap, the second gear 5 engages the other (second) rack 31b.
  • the transition should be as smooth as possible, so it is sensible to provide a certain temporal overlap of the engagement of the first drive gear 4 with the first rack 31a and the engagement of the second drive gear 5 with the second rack 31b when "handing over” the engagement. This is ensured by the fact that the distance between the contact points (axles) of the drive gears 4 and 5 is greater than the gap between the racks 31a, 31b. In particular, the distance is greater by one or more gear modules.
  • the Figure 3 shows two trains with three carriages 3a, 3b and 3c coupled to each other.
  • the racks 31a, 31b, 31c; 31a'31b',31c' are arranged flush or aligned on both sides in the arrangement shown above.
  • the two strands of racks 31a, 31b, 31c; 31a'31b',31c' are arranged parallel to each other in order to the driving force acting on the carriage structure and the drive wheels 4, 5; 4 ⁇ , 5 ⁇ is kept to a minimum.
  • the number of racks per carriage is optional, depending on the application. The more racks are used per carriage, the more driving force can be absorbed by a certain rack size.
  • the torque to be transmitted is determined by the rack module and the rack width, among other things.
  • the Figure 4 shows the train from the Figure 3 above, but with length specifications of the most important dimensions.
  • w is the carriage length (e.g. from front to front of the next carriage)
  • z is the rack length
  • a is the distance between the drive wheels 4, 5
  • 1 is the distance (gap) between the racks 31a, 31b.
  • z > a
  • delta s 2 ⁇ a_max ⁇ a_min

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Warehouses Or Storage Devices (AREA)

Abstract

Ein Transportsystem 1 weist einen Schienenstrang 2 und ein schienengebundenes Fahrzeug 3 auf, das aus zwei gelenkig aneinander gekoppelten Wägen 3a und 3b besteht. An den Wägen 3a, 3b ist jeweils eine Zahnstange 31a bzw. 31b montiert. An der Fahrstrecke stationär angeordnete Antriebsräder 4 und 5 übertragen ein von einem Antriebsmodul 61 erzeugtes Drehmoment auf die Zahnstangen 31a und 31b. Dabei ist stets wenigstens eines der Antriebsräder 4, 5 in Eingriff mit einer der Zahnstangen 31a, 31b.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Anmeldung betrifft ein Transportsystem mit Schienen, umfassend eine Antriebsstrecke (A) mit einem Schienenabschnitt, der sich entlang der Antriebsstrecke erstreckt, und entlang der bzw. den Schienen bewegliche Transporteinheiten, die jeweils mindestens einen ersten Wagen und einen an den ersten Wagen gekoppelten zweiten Wagen umfassen.
    • STAND DER TECHNIK
  • Transportsysteme wie z.B. Vergnügungsanlagen mit Fahrzeugen zur Aufnahme von einem oder mehreren Passagieren sind in unterschiedlichen Varianten im Einsatz. Häufig sind Vergnügungsfahrzeuge schienengeführt, wie beispielsweise Achterbahnfahrzeuge, deren Ausrichtung und Bewegung entlang einer Fahrstrecke vorgegeben ist. Die Ausrichtung und die Bewegung des Fahrzeugs sind dabei von der Position entlang der Fahrstrecke, d. h. einem Streckenpunkt, und von der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung an dem Streckenpunkt abhängig. Die positionsabhängigen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen können durch die Steuerung eines Fahrzeugantriebs erzeugt werden.
  • Zum Antrieb der Fahrzeuge werden, um eine möglichst unmittelbare Kraftübertragung zu erzielen, unter anderem formschlüssige Antriebe eingesetzt. In der Regel ist dabei entlang eines Streckenabschnitts eine Zahnstange o.ä. angebracht. Das Fahrzeug ist mit einem Antriebsmodul ausgestattet, das ein Zahnrad aufweist, welches zum Beschleunigen oder Abbremsen in die Zahnstange eingreift.
  • Ein derartiges System ist aus der Patentschrift EP2483121B1 bekannt. Nachteilhaft daran ist, dass jede Fahrzeugeinheit mit einem Antrieb ausgestattet sein muss.
  • Ein Anbringen des Antriebs mit formschlüssigem Eingriff außerhalb des Fahrzeugs kann dazu führen, dass bei gekoppelten Wägen nur ein Fahrzeug angetrieben wird oder bei den Übergängen von einem Wagen zum anderen keine stetige Kraftübertragung möglich ist.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Ausgehend davon ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Transportsystem mit wenigstens zwei gekoppelten Wägen, insbesondere zum Einsatz in Vergnügungsanlagen, bereitzustellen, wobei über eine Antriebsstrecke eine stetige, formschlüssige Kraftübertragung ermöglicht wird.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Die Aufgabe wird durch ein Transportsystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Transportsystem mit Schienen umfasst:
    • eine Antriebsstrecke (A) mit einem Schienenabschnitt, der sich entlang der Antriebsstrecke (A) erstreckt,
    • entlang der bzw. den Schienen bewegliche Transporteinheiten, die jeweils mindestens einen ersten Wagen und einen an den ersten Wagen gekoppelten zweiten Wagen umfassen, wobei an dem ersten Wagen wenigstens eine erste Zahnstange angebracht ist, und an dem zweiten Wagen wenigstens eine zweite Zahnstange angebracht ist,
    • wenigstens zwei Antriebsräder, die entlang der Antriebsstrecke (A) relativ zur Schiene stationär angeordnet sind, wobei die Antriebsräder zum formschlüssigen Eingriff mit der ersten und/oder der zweiten Zahnstange angeordnet und ausgebildet sind,
    • wobei, wenn sich wenigstens eine der Zahnstangen im Bereich der Antriebsstrecke (A) befindet, stets wenigstens das erste Antriebsrad und/oder das zweite Antriebsrad in Eingriff mit einer der Zahnstangen steht,
    • wobei ein erstes Ende der ersten Zahnstange von einem ersten Ende der zweiten Zahnstange in Längsrichtung (x) mit einem ersten Abstand (1) beabstandet angeordnet ist,
    • wobei, wenn eines der Antriebsräder außer Eingriff mit der ersten Zahnstange und der zweiten Zahnstange steht, wenigstens das andere der Antriebsräder in Eingriff mit der ersten Zahnstange oder der zweiten Zahnstange steht.
  • Das Transportsystem ist für eine Reihe von Einsatzzwecken vorteilhaft, auch wenn sich die nachfolgende Beschreibung an einigen Stellen beispielhaft auf Vergnügungsanlagen, insbesondere Achterbahnen, bezieht.
  • Der Begriff "Schienen" schließt eine Schiene ("Monorail"), sowie zwei oder mehrere Schienen, die nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein können, ein.
  • Die Antriebsstrecke ist ein Streckenabschnitt, in dem die Transporteinheiten angetrieben werden, wenn sie ihn passieren. Der Antrieb kann sowohl eine Beschleunigung, eine Nachbeschleunigung ("Booster"), ein Aufrechterhalten der Geschwindigkeit, oder ein Abbremsen sein. Insbesondere ist die Antriebsstrecke ein gerader, möglicherweise kurzer Streckenabschnitt.
  • Die Wagen können miteinander gelenkig gekoppelt sein, sodass ein Wagen bei einer Richtungsänderung der Fahrstrecke gegenüber seinen benachbarten Wägen ausschwenkt.
  • Es sind jedoch auch Transportsysteme mit Wägen denkbar (zB in der Fördertechnik), die sich rein linear auf einer geraden Strecke ohne Richtungsänderung bewegen. Das Erfordernis einer Lücke kann sich dabei z.B. aus der Notwendigkeit zum Ausgleich von Schienen-Unebenheiten ergeben oder auch aus der Fahrzeugkonstruktion, die kein Hineinragen der Zahnstangen in den Kopplungsbereich erlaubt
  • Die Zahnstangen sind an den Wägen befestigt, die entlang der Antriebsstrecke beschleunigt werden sollen. Insbesondere werden mindestens zwei, in der Regel (fast) alle Wägen entlang der Antriebsstrecke beschleunigt, um die Beschleunigungslänge zu maximieren. Die Zahnstange bzw. mehrere Zahnstangen können seitlich an einer Seite, beidseitig, oder an der Unterseite des Wagens angeordnet sein. Dem entsprechend sind an diesen Positionen Gruppen von zwei oder mehreren Antriebsrädern angeordnet, die vorzugsweise hintereinander angeordnet sind, d.h. in Längsrichtung (entsprechend der Fahrtrichtung x) zueinander versetzt sind.
  • Insbesondere können die erste Zahnstange und die zweite Zahnstange entlang einer geraden Antriebsstrecke parallel zueinander angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Zahnstangen entweder hintereinander oder parallel seitlich versetzt zueinander angeordnet sein können.
  • Vorzugsweise sind die erste Zahnstange und die zweite Zahnstange entlang der Antriebsstrecke hintereinander angeordnet.
  • Die erste Zahnstange und die zweite Zahnstange sind insbesondere fluchtend zueinander angeordnet.
  • Das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad sind vorzugsweise in Längsrichtung (x) mit einem zweiten Abstand (a) beabstandet angeordnet, wobei der zweite Abstand (a) größer oder gleich dem ersten Abstand (1) ist.
  • Da es beim Übergang der Kraftübertragung von einem auf den nächsten Wagen zu einem "Kraftsprung" kommen kann, falls das Kopplungsgelenk zwischen den Wägen nicht spielfrei ist, kann es zur Reduktion dieses Kraftsprungs nützlich sein, dass das zweite Rad noch im Eingriff ist, wenn das erste Antriebsrad in den nächsten Wagen eingreift. Der Abstand der Antriebsräder muss dann um mindestens eine Zahnteilung größer sein als die Lücke, d.h. a>=1+ m∗ π (mit m=Modul der Verzahnung).
  • Die Länge (z) der ersten Zahnstange und/oder der zweiten Zahnstange ist insbesondere größer oder gleich dem ersten Abstand (1) zwischen den Zahnstangen.
  • Dies bedeutet, dass die maximale Lückenlänge (in Längsrichtung x, bei einem seitlichen Versatz der Zahnstangen also die Projektion auf die Längsrichtung) zwischen den Zahnstangen 1_max gleich der minimalen Zahnstangenlänge z_min ist, so dass sich zusammen mit der Wagenlänge w (=Wagenanfang bis Anfang nächster Wagen) ergibt: w = z + 1 bzw . z_min = 1 _ max = w/2 = a .
    Figure imgb0001
  • Für die Optimierung der Zahnstange hinsichtlich minimalem Gewicht und Kosten gilt also: z_min = w / 2 = 1 _ max = a_z − opt
    Figure imgb0002
  • Für die Optimierung der möglichen Beschleunigungslänge mit einem möglichst großen a gilt:
    w = z_max + 1_min => a_max = z_max = w - 1_min (mit 1_min abhängig von Fahrzeug- und Fahrstreckengeometrie). Da ein vergrößertes a sowohl beim Ersteingriff als auch beim letzten Eingriff im Zug eine Verlängerung der Beschleunigungsstrecke bewirkt, kann für die mögliche Beschleunigungsstrecken-Variation delta s angesetzt werden: delta_s = 2 × a_max − a_min .
    Figure imgb0003
  • Das Transportsystem kann eine Antriebsgruppe mit wenigstens zwei Antriebsrädern, umfassend das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad, aufweisen, wobei die Antriebsräder jeweils mit einem Längsabstand entlang der Fahrstrecke angeordnet sind, wobei die Antriebsräder synchron und/oder aufeinander abgestimmt und/oder gekoppelt angetrieben sind.
  • Die Synchronisierung der Antriebsräder kann über eine Verbindung zu einer gemeinsamen Antriebswelle oder mit elektrisch synchronisiert separaten Antriebsmotoren realisiert werden. In anderen Worten: Die Antriebsräder sind mechanisch gekoppelt, z.B. über ein Getriebe/ Ritzel und/oder über Bänder und/oder über Ketten) oder sie werden durch eine Steuerung aufeinander abgestimmt (synchroner/aufeinander abgestimmter Antrieb der Antriebsräder).
  • Insbesondere besteht zwischen der ersten Zahnstange und der zweiten Zahnstange eine Lücke, in der das erste Antriebsrad und/oder das zweite Antriebsrad keinen Eingriff in die erste und die zweite Zahnstange haben.
  • Die minimale Lückenlänge 1_min ergibt sich dabei aus der geometrischen Anordnung der Zahnstangen und den in der Fahrstrecke zu fahrenden Radien und Verwindungen, um eine Kollision der Zahnstangen während der Fahrt zu vermeiden. Der Abstand zwischen den Zahnstangen, der sich längs und/oder quer relativ zur Fahrtrichtung erstrecken kann, ist mindestens so groß bemessen, dass eine Kollision der Zahnstangen in Schienenradien- und/oder -Verwindungen vermieden wird.
  • Die Lücke in einer geraden Antriebsstrecke weist insbesondere die Länge eines n-fachen eines Verzahnungsmoduls (n = 1, 2, 3,...) auf. Wenn sich die Antriebsräder synchron drehen, muss der Abstand zwischen zwei Zahnstangen ein Vielfaches des Moduls sein, damit das Wieder-Einzahnen sanft und möglichst reibungslos erfolgen kann.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Transportsystem eine Freilaufschaltung für ein nicht im Eingriff befindlichen Antriebsrad aufweisen, wobei eine Beaufschlagung mit einem Drehmoment nur bei einem Eingriff mit einer Zahnstange erfolgt. Der Freilauf wird also aktiviert, sobald das Antriebsrad nicht mehr in Eingriff mit einer Zahnstange steht.
  • Wenigstens einer der Wägen kann zwei oder mehrere Zahnstangen aufweisen. Mehrere Zahnstangen, die beispielsweise parallel angeordnet sind, können mehr Kraft aufnehmen, beispielsweise proportional zur Anzahl der parallel angeordneten Stangen. Sie können auch beidseitig bzw. symmetrisch am Wagen angebracht sein, um eine symmetrische Kraftübertragung zu gewährleisten. Allerdings erhöht sich damit der Aufwand an Antriebsrädern.
  • Prinzipiell können die Antriebsräder Ritzel sein, die auf die Zahnstangen abgestimmt sind. In einer besonderen Ausführungsform kann wenigstens eines der Antriebsräder eine Mehrzahl von Rollen als Eingriffselemente zum Eingriff in die Verzahnung der Zahnstangen aufweisen. Dadurch wird ein Abrollen des Antriebsrads auf den Flanken der Verzahnung der Zahnräder möglich, wodurch die Reibung des Antriebs insgesamt reduziert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens eine der Zahnstangen aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, sodass sie zusätzlich auch als Finne für eine Wirbelstrombremse dienen kann.
  • Mit Hilfe der Erfindung wird auch bei Zügen mit mehreren gekoppelten Wägen über die Antriebsstrecke eine stetige, formschlüssige Kraftübertragung mit einem langen Beschleunigungsweg des Zugs ermöglicht.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren deutlich. Es zeigen:
    • Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Transportsystems gemäß der Erfindung;
    • Figur2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt von Fig. 1;
    • Figur 3 Beispiele der Anordnung der Zahnstangen und Antriebsräder in einer schematischen Draufsicht;
    • Figur 4 ein weiteres Beispiel der Anordnung der Zahnstangen und Antriebsräder in einer schematischen Draufsicht.
    BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Die Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Transportsystem 1. Dieses weist einen Schienenstrang aus zwei parallelen Schienen 2 auf. Die Fahrtrichtung entspricht einer Längsrichtung der Schienen 2 und ist mit dem Buchstaben x und einem Pfeil gekennzeichnet.
  • Ein schienengebundenes Fahrzeug 3 besteht aus zwei Wägen 3a und 3b. Die Wägen 3a, 3b weisen jeweils ein Fahrgestell 30a, 30b auf. Die Wägen sind gelenkig miteinander gekoppelt. Seitlich an den Wägen 3a, 3b bzw. an deren Fahrgestellen 30a, 30b ist jeweils eine Zahnstange 31a bzw. 31b montiert.
  • Das Antriebssystem des Transportsystems weist neben den Zahnstangen 31a, 31b ein an der Fahrstrecke stationär angeordnetes Antriebsmodul 61 auf, das über eine Welle 60 ein Drehmoment auf das Übertragungsrad 6 überträgt. Über Bänder oder Ketten 7 wird das Drehmoment synchron auf zwei bzgl. der Schienen hintereinander angeordnete Antriebsräder 4 und 5 übertragen, die zum Eingriff mit den Zahnstangen 31a und 31b bestimmt sind. Die Antriebsräder 4, 5 können Ritzel sein oder mit einer Mehrzahl von Rollen versehen sein, ähnlich Kettengliedern einer Kette, die an den Flanken der Verzahnungen der Zahnstangen 31a, 31b abrollen können.
  • Der Abstand der Antriebsräder 4, 5 ist so bemessen, dass, solange sich der Zug (die Wägen 3a und 3b, genauer: die Zahnstangen 31ä, 31b) in der Antriebsstrecke befindet (diese ist definiert durch die beiden Antriebsräder 4, 5, die den Anfangs- und Endpunkt sowie die dazwischen liegende Antriebsstrecke definieren), stets wenigstens eines der Antriebsräder 4, 5 in Eingriff mit einer der Zahnstangen 31a, 31b befindet. Dies gilt insbesondere, wenn sich ein Zahnrad, z.B. Zahnrad 5, in der Lücke zwischen den Wägen 3a, 3b befindet. In diesem Fall muss erfindungsgemäß das andere Zahnrad 4 in Eingriff mit einer der Zahnstangen 31a, 31b sein.
  • Ein derartiger Zustand ist in der Figur 2 dargestellt. Die Wägen 3a und 3b sind aneinander gekoppelt. In der Darstellung befindet sich das erste Antriebsrad 4 in Eingriff mit der ersten Zahnstange 31a, während das andere Antriebsrad 5 sich auf Höhe der Lücke zwischen den Zahnstangen 31a und 31b befindet.
  • Die Anordnung ist so konzipiert, dass, wenn sich in einer späteren Sequenz das Zahnrad 4 auf Höhe der Lücke befindet, das zweite Zahnrad 5 in die andere (zweite) Zahnstange 31b eingreift. Der Übergang sollte möglichst sanft erfolgen, sodass es sinnvoll ist, bei der "Übergabe" des Eingriffs eine gewisse zeitliche Überschneidung des Eingriffs des ersten Antriebsrads 4 mit der ersten Zahnstange 31a und des Eingriffs des zweiten Antriebsrads 5 mit der zweiten Zahnstange 31b vorzusehen. Dies wird dadurch gewährleistet, dass der Abstand zwischen den Kontaktpunkten (Achsen) der Antriebsräder 4 und 5 größer ist als die Lücke zwischen den Zahnstangen 31a, 31b. Insbesondere ist der Abstand um eines oder mehrere Verzahnungsmodule größer.
  • Im Übrigen kann die Verzahnung in den Randbereichen der Zahnstangen 31a, 31b modifiziert werden (nicht dargestellt), sodass zu Beginn des Eingriffs eines Ritzels ein möglichst reibungsloses anfängliches Eingreifen ermöglicht wird.
  • Die Figur 3 zeigt zwei Züge mit jeweils drei aneinander gekoppelten Wägen 3a, 3b und 3c. Insbesondere sind die Zahnstangen 31a, 31b, 31c; 31a' 31b', 31c' in der oben dargestellten Anordnung beidseitig jeweils bündig bzw. fluchtend angeordnet. Die beiden Stränge an Zahnstangen 31a, 31b, 31c; 31a' 31b', 31c' sind parallel zueinander angeordnet, um das aus der Antriebskraft auf die Wagenstruktur und die Antriebsräder 4, 5; 4`, 5` wirkende Moment gering zu halten. Die Anzahl der Zahnstangen pro Wagen ist jedoch in Abhängigkeit von der Anwendung beliebig. Je mehr Zahnstangen pro Wagen eingesetzt werden, desto mehr Antriebskraft kann von einer bestimmte Zahnstangengröße aufgenommen werden. Das zu übertragende Drehmoment bestimmt sich u.a. aus Zahnstangen-Modul und der Zahnstangen-Breite.
  • Wie in der unteren Darstellung der Figur 3 gezeigt, sind auch seitlich versetzte Zahnstangen denkbar. Dies erfordert jedoch den Einsatz zusätzlicher Antriebsräder 8, 8'. Ein Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Lücke zwischen den Wägen 3a, 3b, 3c kleiner sein könnte, da der seitliche Versatz hilft, die Zahnstangen in Radien der Streckenführung nicht miteinander kollidieren zu lassen. Darüber hinaus kann es auch vorteilhaft sein, die einzelnen Zahnstangen eher kurz zu halten und damit Wagen-Gewicht, Energie und Kosten zu sparen.
  • Die Figur 4 zeigt den Zug aus der Figur 3 oben, allerdings mit Längenangaben der wichtigsten Größen. Dabei ist w die Wagenlänge (z.B. von Vorderseite zu Vorderseite des nächsten Wagens), z die Zahnstangenlänge, a der Abstand der Antriebsräder 4, 5, 1 der Abstand (Lücke) zwischen den Zahnstangen 31a, 31b. Es gelten folgende Beziehungen, um sicherzustellen, dass während der Beschleunigung stets wenigstens ein Antriebsrad 4, 5 mit einer Zahnstange 31a, 31b, 31c in Eingriff steht: a > = 1 , vorzugsweise a > = 1 + m ∗ π
    Figure imgb0004
     (mit m=Modul der Verzahnung) z > = a
    Figure imgb0005
  • Unter Einbeziehung der Wagenlänge gilt in einer grundsätzlichen Anordnung, wie sie in der Figur 4 skizziert ist, folgendes: w = z + 1 bzw . z_min = 1 _ max = w/2 = a
    Figure imgb0006
  • Für die Optimierung der Zahnstange hinsichtlich minimalem Gewicht und Kosten gilt: z_min = w / 2 = 1 _ max = a_z − opt
    Figure imgb0007
  • Für die Optimierung der möglichen Beschleunigungslänge mit einem möglichst großen Abstand a gilt:
    w = z_max + 1_min => a_max = z_max = w - 1_min (mit 1_min abhängig von Fahrzeug- und Fahrstreckengeometrie). Da ein vergrößertes a sowohl beim Ersteingriff als auch beim letzten Eingriff im Zug eine Verlängerung der Beschleunigungsstrecke bewirkt, kann für die mögliche Beschleunigungsstrecken-Variation delta s angesetzt werden: delta_s = 2 × a_max − a_min
    Figure imgb0008

Claims (13)

  1. Transportsystem (1) mit Schienen (2), umfassend:
    eine Antriebsstrecke (A) mit einem Schienenabschnitt, der sich entlang der Antriebsstrecke (A) erstreckt,
    entlang der bzw. den Schienen (2) bewegliche Transporteinheiten (3a, 3b), die jeweils mindestens einen ersten Wagen (3a) und einen an den ersten Wagen (3a) gekoppelten zweiten Wagen (3b) umfassen, wobei an dem ersten Wagen (3a) wenigstens eine erste Zahnstange (31a) angebracht ist, und an dem zweiten Wagen (3b) wenigstens eine zweite Zahnstange (31b) angebracht ist,
    wenigstens zwei Antriebsräder (4, 5), die entlang der Antriebsstrecke (A) relativ zur Schiene (2) stationär angeordnet sind, wobei die Antriebsräder (4, 5) zum formschlüssigen Eingriff mit der ersten und/oder der zweiten Zahnstange (31a, 31b) angeordnet und ausgebildet sind,
    wobei, wenn sich wenigstens eine der Zahnstangen (31a, 31b) im Bereich der Antriebsstrecke (A) befindet, stets wenigstens das erste Antriebsrad (4) und/oder das zweite Antriebsrad (5) in Eingriff mit einer der Zahnstangen (31a, 31b) steht,
    wobei ein erstes Ende der ersten Zahnstange (31a) von einem ersten Ende der zweiten Zahnstange (31b) in Längsrichtung (x) mit einem ersten Abstand (1) beabstandet angeordnet ist,
    wobei, wenn eines der Antriebsräder (4, 5) außer Eingriff mit der ersten Zahnstange (31a) und der zweiten Zahnstange (31b) steht, wenigstens das andere der Antriebsräder (4, 5) in Eingriff mit der ersten Zahnstange (31a) oder der zweiten Zahnstange (31b) steht.
  2. Transportsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Zahnstange (31a) und die zweite Zahnstange (31b) entlang einer geraden Antriebsstrecke parallel zueinander angeordnet sind.
  3. Transportsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Zahnstange (31a) und die zweite Zahnstange (31b) entlang der Antriebsstrecke hintereinander angeordnet sind.
  4. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Zahnstange (31a) und die zweite Zahnstange (31b) fluchtend zueinander angeordnet sind.
  5. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Antriebsrad (4) und das zweite Antriebsrad (5) in Längsrichtung (x) mit einem zweiten Abstand (a) beabstandet angeordnet sind, wobei der zweite Abstand (a) größer oder gleich dem ersten Abstand (1) ist.
  6. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Länge (z) der ersten Zahnstange (31a) und/oder der zweiten Zahnstange (31b) größer oder gleich dem ersten Abstand (1) zwischen den Zahnstangen (31a, 31b) ist.
  7. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Transportsystem eine Antriebsgruppe mit wenigstens zwei Antriebsrädern, umfassend das erste Antriebsrad (4) und das zweite Antriebsrad (5), aufweist, wobei die Antriebsräder (4, 5) jeweils mit einem Längsabstand entlang der Fahrstrecke angeordnet sind, wobei die Antriebsräder synchron und/oder aufeinander abgestimmt und/oder gekoppelt angetrieben sind.
  8. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der ersten Zahnstange (31a) und der zweiten Zahnstange (31b) eine Lücke besteht, in der das erste Antriebsrad und/oder das zweite Antriebsrad keinen Eingriff in die erste und die zweite Zahnstange (31a, 31b) haben.
  9. Transportsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lücke die Länge eines n-fachen eines Verzahnungsmoduls (n = 1, 2, 3,...) aufweist.
  10. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Transportsystem (1) eine Freilaufschaltung für ein nicht im Eingriff befindlichen Antriebsrad (4, 5) aufweist, wobei eine Beaufschlagung des Antriebsrads /4, 5) mit einem Drehmoment nur bei einem Eingriff mit einer Zahnstange (31a, 31b) erfolgt.
  11. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer der Wägen (3a, 3b, 3c) zwei oder mehrere Zahnstangen (31a, 31a', 31b, 31b`, 31c, 31c`) aufweist.
  12. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eines der Antriebsräder (4, 5) eine Mehrzahl von Rollen als Eingriffselemente zum Eingriff in die Verzahnung der Zahnstangen (31a, 31b) aufweist.
  13. Transportsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der Zahnstangen (31a, 31b) aus einem leitfähigen Material hergestellt ist.
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