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Die
Erfindung betrifft eine Schienenfahreinrichtung mit Schienenlaufrädern für ein Fahrzeug, vorzugsweise
für ein
Zweiwegefahrzeug.
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Zweiwegefahrzeuge,
die auch als Mehrwegefahrzeuge bezeichnet werden, sind Fahrzeuge,
die sowohl auf der Straße,
als auch auf Gleisen fahren können.
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Beim
Fahren dieser Fahrzeuge auf den Schienen gibt es prinzipiell zwei
Möglichkeiten.
Zum einen gibt es Fahrzeuge mit Schienenführungseinrichtungen. Hierbei
dienen die für
das Befahren der Straße
vorhandenen Gummireifen auch der Fahrt auf den Schienen, jedoch
sind zur Spurhaltung zusätzlich
separate Führungsrollen
vorhanden. Der Antrieb erfolgt auf Gleisen ebenso wie auf der Straße über die
Gummireifen. Zum anderen gibt es Fahrzeuge mit Schienenfahreinrichtungen.
Hierbei fahren die vorhandenen Reifen nicht auf den Schienen. Stattdessen
wird auf gesondert angetriebenen Schienenlaufrädern mit Spurkranz gefahren.
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Fahrzeuge
der vorgenannten Art sind zumeist mit Spezialaufbauten versehene
Bau-, Reparatur- und Wartungsfahrzeuge. Diese Spezialaufbauten können während ihres
Betriebes zu einer Schwerpunktverlagerung des Fahrzeugs führen, wobei
ein Kippmoment um die Längs-
und/oder Querachse entstehen kann. Das Kippmoment um die Längsachse gefährdet die
Standsicherheit und bei teilweiser Entlastung von einzelnen Schienenrädern auch
die Sicherheit gegen Entgleisen. Letzteres gilt auch für ein Kippmoment
um die Querachse.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Schienenfahreinrichtung
eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Zweiwegefahrzeugs, derart weiterzuentwickeln,
dass die Standsicherheit und/oder Sicherheit gegen Entgleisen verbessert wird,
sowie ein sicheres Verfahren zur Vermeidung des Kippens und/oder
Entgleisens eines mit einer Schienenfahreinrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs zur
Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Weiterbildungen
und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den jeweiligen Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß sind bei
einer Schienenfahreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Messeinrichtungen zur aktuellen Lasterfassung vorgesehen und derart
angeordnet, dass die auf jedes Schienenlaufrad wirkende Last erfassbar
ist.
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Aus
den erfassten Lastsignalen lässt
sich erfindungsgemäß eine sehr
genaue Aussage über
das Lastmoment bzw. das Kippmoment sowie über die Sicherheit gegen Entgleisen
des Fahrzeugs machen. Durch Vergleich mit vorgegebenen Sollwerten
können
Maßnahmen
eingeleitet werden, die ein Kippen und/oder Entgleisen des Fahrzeugs
verhindern. Hierzu können
die erfassten Messgrößen als
Abschaltgrößen bewertet
werden. Somit werden die Standsicherheit und die Sicherheit gegen
Entgleisen der mit den Schienenfahreinrichtungen ausgerüsteten Fahrzeuge
gewährleistet.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Aufbau, beispielsweise
ein Kran oder eine Hubarbeitsbühne,
zwar mittels eigener Steuerungseinrichtung ein Kippmoment, das bei
dessen Betrieb entsteht, errechnen kann, jedoch die Belastungssituation
an den Schienenrädern
aufgrund diverser Faktoren nicht direkt auf die Verteilung der Radlasten übertragbar
ist. Dies ist insbesondere auf das nicht starre Verhalten des Fahrzeug-
und Hilfsrahmens zurückzuführen. Der
Ladekran oder die Hubarbeitsbühne
arbeiten tatsächlich
nicht – wie
idealerweise gewünscht
und in üblichen
Standsicherheitsberechnungen angenommen – hinsichtlich des Kippmomentes senkrecht
zur Fahrzeuglängsachse
und horizontal, sondern in ver schiedensten Winkeln im Raum zu den Fahrzeugachsen
(X, Y, Z-Achse). Mit anderen Worten: Es gibt Zwischenpositionen
des Ladekrans oder der Hubarbeitsbühne, welche die Schienräder unterschiedlich
belasten. Die vorgenannten Achsenbezeichnungen beziehen sich auf
das allgemeine Fahrzeugkoordinatensystem, wie es allgemein üblich für die Beschreibung
der Fahrdynamik verwendet wird.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem
Kombinationsbetrieb von Aufbauten, beispielsweise von Hubarbeitsbühne und Ladekran,
jedes Aufbau-System für
sich einen Grenzwert, insbesondere einen maximalen Kippmoment, einhalten
muss.
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Weiterhin
liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass selbst, wenn beide
Aufbau-Systeme miteinander kommunizieren, also das jeweils errechnete
Kippmoment austauschen und/oder einem Zentralrechner zuführen, der
eine Abschaltentscheidung trifft, die sich tatsächlich einstellende Radlastsituation nicht
erhalten wird. Berechnung und Realität stimmen mit anderen Worten
nicht überein
und könnten allenfalls
nur aufwendig rechnerisch abgebildet werden. Dies ist – wie bereits
gesagt – insbesondere
darauf zurückzuführen, dass
vorhandene Stahlkonstruktionen, insbesondere des Fahrzeughilfsrahmens,
der am Fahrzeug angeordneten Schienenfahreinrichtung und/oder dergleichen,
verschiedene Elastizitäten aufweisen.
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Durch
die erfindungsgemäße Schienenfahreinrichtung
wird nun erstmals eine flexible Nutzung von verschiedenen auf dem
Fahrzeug vorhandenen Aufbauten, beispielsweise von Kran und Hubarbeitsbühne, oder
auch von nur einem auf dem Fahrzeug vorhanden Aufbau, beispielsweise
einer Hubarbeitsbühne
mit verschiedenen Korblasten, ermöglicht.
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Eine
erfindungsgemäße Schienenfahreinrichtung
mit einer Kraftmessung im Bereich der Schienenräder wird insbesondere durch
eine Weiterbildung der Erfindung erreicht, bei der die Messeinrichtung
an der Schienenlaufradaufhängung
angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung an den tragenden
Teilen der Schienenfahreinrichtung angeordnet.
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Bei
den üblicherweise
für Zweiwegefahrzeuge
verwendeten Schienenfahreinrichtungen weist diese bzw. die zum Hilfsrahmen
des Fahrzeugs führende
mechanische Anbindung jeweils rechts und links der Fahrzeuglängsachse
pro Anbindung eine Lastmesseinrichtung auf.
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Bei
den üblicherweise
für Zweiwegefahrzeuge
verwendeten Schienenfahreinrichtungen hat es sich als besonders
vorteilhaft herausgestellt, wenn die Messeinrichtung am Schwenkarm
der Schienenfahreinrichtung angeordnet ist. Derartige Schwenkarme
sind üblicherweise
schwenkbar oder linear verschiebbar oder te leskopierbar an ihrer
einen Seite am Hilfsrahmen des Fahrzeugs gelagert oder befestigt
und mit ihrer anderen Seite über
einen geeigneten Adapter, beispielsweise einen geschlossenen Rahmen,
mit dem zugehörigen
Laufrad oder auch der Laufradachse verbunden.
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Alternativ
ist die Messeinrichtung an einer Traverse der Schienenfahreinrichtung
angeordnet, welche die Schienenlaufräder aufnimmt.
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Es
hat sich aber auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Messeinrichtung
in der Radlagerung des Schienenlaufrades integriert ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Messeinrichtung
redundant ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
ist die Messeinrichtung ein Lastmessbolzen.
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Es
hat sich herausgestellt, dass Lastmessbolzen sich besonders eignen,
die im Bereich der Schienenlaufräder
auftretenden Lastkräfte
zu messen und im Bedarfsfall Alarm auszulösen oder Sicherheitsabschaltungen
durchzuführen.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass hinsichtlich
der Abmessungen und Bauformen die Dimensionen vorhandener Tragebolzen übernommen werden
können.
Die Lastmessbolzen werden also an Stelle normaler Bolzen als Konstruktionselement
in der Schienenfahreinrichtung eingesetzt. Das Messsignal ist hierbei
proportional zur einwirkenden Last.
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Weiterhin
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass Lastmessbolzen intensiven,
externen mechanischen und chemischen Beanspruchungen gewachsen sind
und sich für
Einsätze
bei rauhen Umweltbedingungen eignen.
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Jeder
Lastmessbolzen steht gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung in Verbindung mit einem Messverstärker.
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In
Verbindung mit Messverstärkern
lässt sich ein
Lastüberwachungssystem
aufbauen. Dieses kann neben der erfindungsgemäßen Lastmomentsicherung auch
als Überlastsicherung
verwendet werden.
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Letztere
ist insbesondere für
Schienenreinigungsfahrzeuge mit Schmutzbehälter und Ventilator von Interesse.
Durch die Messeinrichtungen kann vorteilhaft der aktuelle Beladungszustand
des Schmutzbehälters
des Schienenreinigungsfahrzeugs ermittelt werden. Bei Nichteinhaltung
vorgegebener Grenzwerte kann durch eine Ventilatorabschaltung oder
Abschaltung sonstiger Aggregate, gegebenenfalls nach Vorwarnung,
eine Überladung
und damit unzulässige
Entlastung der Vorderachse der Schienenfahreinrichtung verhindert
werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein mit
der Messeinrichtung in Verbindung stehendes Summier- und/oder Auswertemodul
vorgesehen ist, in dem vorgegebene geometrische Daten zur Ermittlung
eines Kippmoments des Fahrzeugs hinterlegt sind.
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Zweckmäßigerweise
ist im Summier- und/oder Auswertemodul zusätzlich oder alternativ ein
minimaler Radlast-Wert hinterlegt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine mit dem Summier-
und/oder Auswertemodul in Verbindung stehende Einrichtung zur Steuerung
der Schienenfahreinrichtung und/oder zur Steuerung mindestens eines
dem Fahrzeug zugeordneten Aufbaus vorgesehen ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Zweiwegefahrzeug,
das eine Schienenfahreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10 umfasst.
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Vorzugsweise
ist das Fahrzeug mit mindestens einem Aufbau versehen, der bei Betrieb
zu einer Schwerpunktverlagerung des Fahrzeugs führen kann.
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Der
Aufbau ist vorzugsweise ein Kran, eine Hubarbeitsbühne, eine
selbstladende Abtrommeleinheit, ein Baggeroberteil, Schmutzbehälter oder
dergleichen.
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Schließlich betrifft
die Erfindung noch ein Verfahren zur Vermeidung des Kippens und/oder Entgleisens
eines mit einer Schienenfahreinrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs, insbesondere
eines Zweiwegefahrzeugs, welches mit mindestens einem Aufbau versehen
ist, der bei Betrieb zu einer Schwerpunktverlagerung des Fahrzeugs
führen
kann, und umfasst erfindungsgemäß folgende
Schritte:
- a) aktuelle Erfassung der lastabhängigen Signale bezogen
auf jedes einzelne Schienenlaufrad bzw. jedes einzelnen Schienlaufradpaares
der Schienenfahreinrichtung
- b) Auswertung der lastabhängigen
Signale durch ein Summier- und Auswertemodul zur Ermittlung eines
Lastmoments
- c) Generieren eines Vorwarnsignals, wenn ein erstes vorgegebenes
Lastmoment, das unterhalb des Kippmoments festgelegt ist, erreicht
wird und/oder Generieren eines Abschaltsignals, wenn ein zweites
vorgegebenes Lastmoment, das unterhalb des Kippmoments festgelegt
ist, erreicht wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch folgende zusätzlichen
oder alternativen Schritte gekennzeichnet:
- b)
Auswertung jedes lastabhängigen
Signals durch das Auswertemodul durch Vergleich des lastabhängigen Signals
mit einem vorgegebenen minimalen Radlast-Wert
- c) Generieren eines Vorwarnsignals, wenn ein erster vorgegebener
minimaler Radlast-Wert unterschritten wird, und Generieren eines
Abschaltsignals, wenn ein zweiter vorgegebener minimaler Radlast-Wert
unterschritten wird.
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Ein
derartiges Abschaltsignal gewährleistet insbesondere
die Sicherheit gegen Entgleisen der Schienenfahreinrichtung.
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Das
Abschaltsignal ist vorzugsweise ein Summenabschaltsignal, das vorzugsweise
2-kanalig ausgeführt
ist.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass das Abschaltsignal vorzugsweise über eine
Steuerungseinrichtung an vorzugsweise alle Aufbauten übertragen wird.
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Vorzugsweise
werden beim Anliegen des Abschaltsignals nur noch lastmomentreduzierende Maßnahmen über die
Steuerungseinrichtung zugelassen. Außerdem wird hierbei vorzugsweise
die Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs über die Steuerungseinrichtung
reduziert oder der Fahrbetrieb komplett abgeschaltet.
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Besonders
bevorzugt wird bereits beim Anliegen des Vorwarnsignals die Maximalgeschwindigkeit
des Fahrzeugs über
die Steuerungseinrichtung reduziert oder der Fahrantrieb komplett
abgeschaltet.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die
in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Schienenfahreinrichtung in
Seitenansicht,
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Schienenfahreinrichtung in
Seitenansicht,
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3 eine
schematische Darstellung einer dritten Schienenfahreinrichtung in
Seitenansicht,
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4 eine
schematische Darstellung einer vierten Schienenfahreinrichtung in
Seitenansicht und
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5 ein
Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 bis 4 zeigen
jeweils eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schienenfahreinrichtung 10,
wobei jeweils gleiche Bezugsziffern gleiche Bauteile beschreiben.
Dabei handelt es sich um Schienenfahreinrichtungen 10 von
Zweiwegefahrzeugen.
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Zweiwegefahrzeuge
werden auf privaten oder öffentlichen
Schienennetzen beispielsweise für Gleisarbeiten,
Oberleitungsmontagearbeiten oder andere Wartungs-, Reparatur- und
Reinigungsarbeiten eingesetzt, und weisen zusätzlich zu ihrer Gummibereifung
für herkömmliche
Straßen
eine Schienenfahreinrichtung 10 mit Schienenlaufrädern 12 auf, welche
die Fahrzeuge dazu in die Lage versetzen, sich nach Ausfahren der
Schienenlaufräder 12 entlang
der Gleise des Schienennetzes fortbewegen zu können. Üblicherweise erfolgt die Umstellung
auf den Schienenbetrieb dadurch, dass die Schienenlaufräder 12 über Betätigungseinrichtungen 28 in
Form von Hydraulik- oder Pneumatikzylindern oder durch elektrische
Betätigung
ausgefahren werden und das Fahrzeug hierdurch über die Schienen angehoben wird,
so dass sich die Straßenantriebsräder in der Luft
befinden. Die Betätigungseinrichtungen 28 stützen sich
mit ihrem einen Ende üblicherweise
am Hilfsrahmen 30 des Fahrzeugs ab.
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1 zeigt
eine Schienenfahreinrichtung 10 mit einem Drehgestell.
Dieses ist vorzugsweise vorne am Hilfsrahmen 30 eines LKWs
angeordnet. 2 zeigt eine Schienenfahreinrichtung 10 mit
einem Drehgestell, welches vorzugsweise hinten am Hilfsrahmen 30 eines
LKWs angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Schienenfahreinrichtung 10 Messeinrichtungen 14 zur
aktuellen Erfassung der auf jedes Schienenlaufrad 12 wirkenden
Last. In 1 und 2 ist die
Messeinrichtung 14 in Form eines Lastbolzens an jeweils
einer Seite einer Traverse 22 der Schienenfahreinrichtung 10 angeordnet,
welche die über
einen Adapter und Achsen Schienenlaufräder 20 aufnimmt. Hierbei
wurde der üblicherweise
dort vorhandene Tragebolzen einfach nur durch den Lastmessbolzen
ersetzt. Jeder Lastmessbolzen ist über einen hier nicht dargestellten
Messverstärker
mit einem hier ebenfalls nicht dargestellten Summier- und Auswertemodul
verbunden.
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3 zeigt
eine Schienenfahreinrichtung 10 mit einer Lore. Eine solche
Schienenfahreinrichtung umfasst einen geschlossenen Rahmen 32.
Erfindungsgemäß ist die
Messeinrichtung 14 in Form eines Lastbolzens an einem nur
linear verschiebbaren Schwenkarm 18 angeordnet. Hierbei
wurde der üblicherweise
dort vorhandene Tragebolzen einfach nur durch einen Lastmessbolzen
ersetzt.
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4 zeigt
schließlich
eine Schienenfahreinrichtung mit einer Schwinge. Erfindungsgemäß ist die
Messeinrichtung 14 in der Radlagerung des Schienlaufrades 12 angeordnet.
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In 5 ist
schließlich
ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung
des Kippens und/oder Entgleisens eines mit einer Schienenfahreinrichtung 10 ausgerüsteten Fahrzeugs,
insbesondere eines Zweiwegefahrzeugs, welches mit mindestens einem
Aufbau versehen ist, der bei Betrieb zu einer Schwerpunktverlagerung
des Fahrzeugs führen
kann, dargestellt.
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Hierbei
werden mittels der vorgenannten Messeinrichtungen 14 lastabhängige Signale,
bezogen auf jedes einzelne Schienenlaufrad 12, 20 der Schienenfahreinrichtung,
als Istwerte erfasst. Diese Lastsignale werden dann an ein mit jeder
Messeinrichtung 14 in Verbindung stehendes Summier- und Auswertemodul 24 zur
Ermittlung eines Lastmoments übermittelt.
Dieses Modul generiert ein Abschaltsignal, wenn ein vorgegebenes
Lastmoment, das unterhalb des Kippmoments festgelegt ist, erreicht
wird. Dieses Abschaltsignal wird an eine oder mehrere Steuereinrichtungen 26,
hier zur Steuerung beispielsweise einer Hubarbeitsbühne HAB
oder der Schienenfahreinrichtung SEE oder anderer Aufbauten, übertragen.
Dadurch wird die Standsicherheit des Fahrzeugs gewährleistet.
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Das
Auswertemodul 24 kann auch ein Abschaltsignal generieren,
wenn ein vorgegebener minimaler Radlast-Wert unterschritten wird,
um so die Sicherheit gegen Entgleisen zu gewährleisten.
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Beim
Anliegen des Abschaltsignals werden nur noch lastmomentreduzierende
Maßnahmen über die
Steuerungseinrichtung 26 zugelassen. Das bedeutet, dass
beispielsweise die Hubarbeitsbühne HAB
nicht weiter ausgefahren werden kann. Außerdem wird vorzugsweise die
Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. der Schienenfahreinrichtung SFE über die
Steuerungseinrichtung 26 reduziert.
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Beim
Anliegen oder aus Sicherheitsgründen bei
Fehlen eines Abschalteingangs ist vorzugsweise kein Verfahren der
Schienenfahreinrichtung mehr möglich,
weil mindestens ein Rad so weit entlastet ist, dass die Gefahr der
Entgleisung besteht. Aus Sicherheitsgründen sollte so vorzugsweise
mit allen anliegenden Signalen verfahren werden. Wenn beispielsweise
das Abschaltsignal gesetzt werden soll, so muss der Eingang von
high, beispielsweise von +24 V, auf low, beispielsweise auf 0 V,
gesetzt werden. Diese Verarbeitungsweise hat den Vorteil, dass bei
Kabelbruch in einen sicheren Zustand abgeschaltet wird.
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Durch
die Lastmesseinrichtung 14 erfolgt eine direkte Rückmeldung über die
Auswirkungen der einzelnen Bewegungen der Aufbauten hinsichtlich
der einzelnen Radlasten und des Lastmoments bzw. Kippmomentes. Somit
können
die Arbeitsdiagramme bei Kombinationsbetrieb von Aufbauten, beispielsweise
von Hubarbeitsbühne
HAB und Ladekran im beispielsweise so genannten Zubringerbetrieb,
dynamisch verändert
werden. Eine verringerte Last am Ladekran bewirkt eine Erweiterung
der Reichweite der Hubarbeitsbühne
und umgekehrt.
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- 10
- Schienenfahreinrichtung
- 12
- Schienenlaufrad
- 14
- Messeinrichtung
- 16
- Schienlaufradaufhängung
- 18
- Schwenkarm
- 20
- Schienenlaufrad
- 22
- Traverse
- 24
- Summier-
und/oder Auswertemodul
- 26
- Steuerungseinrichtung
- 28
- Betätigungseinrichtung
- 30
- Hilfsrahmen
des Fahrzeugs
- 32
- Rahmen