DE2746462C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein äußerlich spurführbares Fahrzeug, insbesondere für den öffentlichen Personennahverkehr, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solches Fahrzeug geht beispielsweise aus der DE-AS 21 27 088 als bekannt hervor.

Bei den querführbaren Fahrzeugen mit im Bereich der ein­ schlagbaren Räder angeordneten Querführungsrollen, die ge­ meinsam mit den einschlagbaren Rädern mitverschwenkbar sind, sind zwei grundsätzlich verschiedene Systeme säuberlich aus­ einanderzuhalten. Bei den hier zugrunde gelegten Fahrzeugen mit einseitig in Fahrtrichtung vor den einschlagbaren Rä­ dern angeordneten Haltearmen und Querführungsrollen wird die Kraft zur Querführung des Fahrzeuges durch die Fahrzeugräder selber aufgebracht und die Haltearme und die Querführungs­ rollen sind lediglich durch die Lenkkräfte belastet. Es han­ delt sich dabei um einen Regelvorgang, bei dem nach Maßgabe der relativen Annäherung des Fahrzeuges an einen Querführungs­ steg der Einschlagwinkel in der Weise korrigiert wird, daß der Seitenabstand des Fahrzeuges von dem Querführungssteg wieder in Richtung auf das entsprechende Normalmaß hingeführt wird.

Demgegenüber sind äußerlich zwangsweise mechanisch quergeführ­ te Omnibusse bekannt, bei denen im Bereich der einschlagbaren Räder in Fahrtrichtung vor und hinter den Fahrzeugrädern Quer­ führungsrollen angeordnet sind, die über Haltearme mit den Na­ ben der verschwenkbaren Räder verbunden sind. Bei dieser An­ ordnung wird das schwenkbare Rad stets genau parallel bzw. tangential zum Querführungssteg gestellt; die Fahrzeugräder folgen ohne Schräglaufwinkel genau der Fahrtrichtung und sind daher nicht in der Lage, Querführungskräfte in nennenswertem Ausmaß aufzunehmen. Bei der in Fahrtrichtung vor und hinter den einschlagbaren Rädern angeordneten Querführungsrollen müs­ sen daher die Querführungskräfte für das Fahrzeug durch die Querführungsrollen und die Haltearme aufgebracht werden. Es handelt sich hierbei nicht um einen Regelvorgang, sondern um eine zwangsweise mechanische Rollenführung des Fahrzeuges. Es ist im Gegensatz zu der eingangs erwähnten quergeregelten Spurführung mit nur einer Querführungsrolle hier eine mecha­ nische Führung des Fahrzeuges auf beiden gegenüberliegenden Fahrzeugseiten unentbehrlich, solange das Fahrzeug selbsttä­ tig geführt werden soll. Durch einseitige Vorspannung der Querführungsrolle bei quergeregelten Fahrzeugen ist demgegenüber auch eine Spurhaltung des Fahrzeuges mit nur einem einzigen Querführungs­ steg ohne weiteres möglich.

Die Anordnung mit nur einer Querführungsrolle im Bereich eines einschlagbaren Fahrzeugrades unterscheidet sich dem­ nach grundsätzlich von einer Anordnung mit in Fahrtrichtung vor und hinter dem einschlagbaren Rad angeordneten Querfüh­ rungsrollen. Bei der einseitigen Anordnung von Querführungs­ rollen treten gewisse Fragen und Probleme hinsichtlich der Eigendynamik des Regelkreises auf, der aus Querführungssteg, Querführungsrolle mit Tragarm, schwenkbarer Fahrzeugnabe, Radaußenumfang und Straßenoberfläche gebildet ist. Eine sol­ che Problematik ist bei einem Fahrzeug mit vor und hinter den Fahrzeugrädern angeordneten Querführungsrollen nicht ge­ geben, weil hier die Radstellung stets durch den Verlauf des Querführungssteges zwangsweise vorgegeben wird. Dies ist ein gewisser Vorteil der beidseitigen Anordnung von Querführungs­ rollen; nachteilig daran ist jedoch, daß Querführungsrollen und Tragarme in doppelter Anzahl vorgesehen werden müssen, was die ungefederten Massen und somit den Federungskomfort der Fahrzeuge beeinträchtigt. Bei den quergeregelten Fahr­ zeugen mit nur einer Querführungsrolle je lenkbarem Fahrzeug­ rad sind die ungefederten Massen zwar kleiner und die Halte­ arme und die Querführungsrollen sind auch von Querführungs­ kräften entlastet, weil diese von den Tragrädern der Fahrzeu­ ge mit übernommen werden können; dafür haftet dieser Art der Fahrzeuge jedoch der Nachteil an, daß das Regelsystem ober­ halb von bestimmten Fahrgeschwindigkeiten an zu Querschwin­ gungen neigt, die den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit be­ einträchtigen und die die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeu­ ges beschneiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Anordnung in der Weise zu verbessern, daß auch höhere Fahrgeschwindig­ keiten ohne Erregung bzw. Entstehung von Querführungsschwin­ gungen zugelassen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Während man bisher davon aus­ gegangen war, daß die Querführungsrolle mit einer gewissen Nachgiebigkeit an der Radnabe gehaltert werden muß, lehrt die Erfindung demgegenüber, daß nicht nur die Halterung der Quer­ führungsrolle, sondern diese selber auch möglichst hart ausge­ bildet sein muß, damit auch kleinste Querverlagerungen des Fahrzeuges innerhalb der Querführungsstege sofort zu entspre­ chenden Winkelveränderungen der einschlagbaren Räder führen.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf die Vorderachspartie eines querführbaren Omnibusses,

Fig. 2 die Seitenansicht auf das Fahrzeug nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 je ein Ausführungsbeispiel für ein Element für die elastische Mittenzentrierung der Haltearme und der Querführungsrollen in Geradeausstellung und

Fig. 5 die Größenverhältnisse und Relativlagen der Quer­ führungsrollen.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Omnibus 3 kann spurunge­ bunden auf normalen Straßen und spurgebunden auf einer speziel­ len Fahrbahn 1 mit seitlich daran angeordneten spurgebenden Querführungsstegen 2 verkehren. Die lenkbare Vorderachse 4 des Fahrzeuges weist einen Achsträger 6 mit schwenkbar daran über die Schwenkgelenke 8 angelenkten einschlagbaren Rädern 5 auf. Auf den mit den Rädern verschwenkbaren Radnaben 7 sind in Fahrt­ richtung 14 nach vorne sich erstreckende Haltearme 11 angeord­ nete, an deren äußerem vorderem Ende Querführungsrollen 12 ge­ lagert sind. Die schwenkbaren Radnaben der gegenüberliegenden Räder stehen über Spurhebel 9 und die Spurstange 10 miteinan­ der in Verbindung.

Zur Vermeidung von Querschwingungen bei höheren Fahrgeschwin­ digkeiten ist der abgewinkelte Haltearm 11 so biegesteif wie möglich ausgestaltet, wobei jegliche Elastizitäten und Ge­ lenkstellen vermieden sind. Mit der gleichen Zielsetzung ist auch die Querführungsrolle als Metallrad ausgestaltet mit einem Laufkranz 13 aus Vollgummi. Die radiale Stärke 26 des Laufkranzes ist relativ gering gehalten, damit eine möglichst harte Charakteristik der Querführungsrolle erzielt wird. Die Laufkranzstärke beträgt etwa 10 bis 20 Prozent des Rollen­ durchmessers 21. Die Gummihärte des Laufkranzes entspricht mindestens der Gummihärte des Reifengummis der Tragräder 5.

Der Haltearm 11 und die Querführungsrolle 12 sollen nicht nur möglichst hart sein, sondern sie sollen sogar unter einer ge­ wissen Vorspannung an den Querführungsstegen 2 anliegen; die Vorspannung beträgt etwa 400 bis 1000 N. Diese Vorspannung kann dadurch erzielt werden, daß der Außenabstand 15 der Quer­ führungsrollen geringfügig größer gehalten wird als der Innen­ abstand 6 der Querführungsstege 2. Es ergibt sich dadurch auf beiden Seiten ein kleines Übermaß 17. Beim Einfahren des Omni­ busses in die Fahrbahn mit den Querführungsstegen 2 werden dann die Haltearme und die Querführungsrollen beiderseits um dieses Übermaß nach innen zusammengedrückt, wobei sich die oben genannte Vorspannung ergibt. Bei Omnibussen, wie sie für den öffentlichen Personennahverkehr üblich sind, kann das Über­ maß 17 auf beiden Seiten etwa 3 bis 5 mm betragen. Hierbei wird etwa 1 mm Nachgiebigkeit auf den Haltearm 11 entfallen und die restliche Einfederung wird auf eine Abplattung der Querführungsrolle an ihrem Vollgummi-Laufkranz zurückgehen. Der Laufkranz hat eine progressiv ansteigende Federcharakte­ ristik, so daß mit zunehmender Lenkkraft die Einfederung im­ mer geringer wird.

Zur Erzielung einer möglichst großen Biegesteifigkeit des Haltearmes werden die dem Fachmann geläufigen Konstruktions­ grundsätze angewandt. Es sei an dieser Stelle noch einmal daran erinnert, daß der Haltearm 11 selber lediglich durch die Lenkkräfte, nicht aber durch die Querführungskräfte für das Fahrzeug beansprucht wird. Es kommt bei der Dimensionie­ rung des Haltearmes nicht darauf an, daß bestimmte Spannungen nicht überschritten werden, sondern darauf, daß die unvermeid­ bare Einfederung des Haltearmes nicht über ein bestimmtes Maß hinausgeht. Da die Querführungsrolle nur durch die Lenkkräfte belastet ist, kann sie relativ klein und leicht gestaltet werden. Dies kommt nicht nur der Größe der ungefederten Masse und dem Federungskomfort des Fahrzeuges zugute, sondern dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Platzverhältnisse und die Unterbringungsmöglichkeiten der Querführungsrolle aus. Die Querführungsrolle kann in ihrem Durchmesser 21 kleiner gehalten werden als die Aufstandsbreite 22 der Fahrzeugrei­ fen. Ausgehend vom Durchmesser 23 dieser Reifen kann die Querführungsrolle etwa 15 bis 20 Prozent dieses Durchmes­ sers bemessen werden.

Dank der guten schwingungsfreien Führungseigenschaften der Rollenhalterung braucht der seitliche Überstand 24 der Querführungsrollen über die Außenkante 25 der Tragräder nur sehr gering zu sein. Er kann auf etwa 8 bis 10 Prozent des Durchmessers der Fahrzeugräder beschränkt werden. Dadurch kann Fahrbahnbreite gespart werden, was für das System des äußerlich quergeführten Omnibusses besonders wichtig ist.

Wie bereits erwähnt, kann die auf dem Prinzip der Querrege­ lung beruhende Querführung der vorliegenden Art auch mit einer einseitigen Führung des Fahrzeuges mittels nur eines einzigen Querführungssteges auskommen. Straßenfahrzeuge mit nur einer gelenkten Fahrzeugachse haben in Kurven die Ten­ denz, mit der ungelenkten Fahrzeugachse zum Kurveninneren hin seitlich auszuweichen. Bei Kurven unterhalb eines be­ stimmten Krümmungsradius wird der Seitenversatz der unge­ lenkten Hinterachse größer sein als der Überstand 24 der Querführungsrollen. Sollen engere Kurven gefahren werden, so darf im Kurvenbereich auf der kurveninneren Seite ein Querführungssteg nicht vorhanden sein: innerhalb dieses Be­ reiches muß das Fahrzeug einseitig durch die kurvenäußere Querführungsrolle geführt werden. Damit dies ohne weiteres möglich ist, ist die elastische Mittenzentrierung der Hal­ tearme 11 und der Querführungsrollen 12 in Geradeausstel­ lung durch die Einrichtung 18 bzw. 19 vorgesehen. Bei Kur­ venfahrt ist die Querführungsrolle zur Fahrzeugmitte hin aus der Geradeausstellung herausgedrängt; sie wird durch die Mittenzentrierung 18 bzw. 19 auf den kurvenäußeren Querführungssteg gespannt. Dadurch folgt die Querführungs­ rolle dem Querführungssteg auch dann, wenn sich das kurven­ äußere Fahrzeugrad über das Normalmaß von dem entsprechen­ den Querführungssteg entfernen sollte.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für ein Element zur Mittenzentrierung dargestellt, von denen das eine (Fig. 4) dem nach Fig. 1 entspricht und eine elasti­ sche Feder 29 als entscheidendes Element aufweist, wohin­ gegen die Einrichtung 19 nach Fig. 3 an entsprechender Stelle einen Druckraum 29′ aufweist, der hydropneumatisch unter Druck gesetzt werden kann und auch druckentlastet werden kann. Die Entlastbarkeit der Mittenzentrierung nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß bei spurungebundener Fahrt kei­ ne Rückstellkräfte auf die lenkbaren Fahrzeugräder in Gera­ deausstellung ausgeübt werden können, was für den Fahrzeug­ führer störend und lästig sein kann.

Die Mittenzentrierung 18 nach Fig. 4 ist folgendermaßen aufgebaut: In einem Federgehäuse 28 sind in definiertem Ab­ stand zwei Anschläge für Federteller 30 vorgesehen. Beide Federteller werden durch die Feder 29 an die Anschläge ge­ drückt. An einer Kolbenstange 27 ist eine Zugstange 31 ange­ bracht, die beweglich durch beide Federteller hindurchge­ führt ist und an deren Ende ein Zugstangenkopf angebracht ist. Der Abstand zwischen den Gehäuseanschlägen für die Fe­ derteller und der Abstand zwischen dem Zugstangenkopf und der Schulter Zugstange 31/Kolbenstange 27 sind untereinander genau gleich gefertigt. Durch Hineinstoßen der Kolbenstange 27 in das Gehäuse 28 wird die Feder 29 durch den linken Fe­ derteller komprimiert, wohingegen die Zugstange 31 durch den rechten Federteller hindurchgleitet. Beim Herausziehen der Kolbenstange aus dem Gehäuse wird die Feder 29 durch den rechten Federteller komprimiert, wobei die Zugstange durch den linken Federteller hindurchgleitet. In beiden Fällen hat die Feder 29 die Tendenz, die in Fig. 4 dargestellte mittlere zentrierende Lage wieder herbeizuführen. Diese An­ ordnung hat den Vorteil, daß die Mittelstellung hysterese­ frei und lagegenau reproduziert werden kann.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind entsprechende Teile mit der gleichen Bezugszahl bzw. mit einer solchen mit hochge­ stelltem Strich bezeichnet, so daß insoweit auf die vorauf­ gegangene Beschreibung verwiesen werden kann. Die Kraft der Feder 29 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Druck im Druckraum 29′ aufgebracht. Die Teller 30′ sind als Flachkolben ausgebildet. Das aus dem Druckraum 29′ ver­ drängte Öl gelangt in den Windkessel 33, der dem Element seine Federcharakteristik verleiht. Bei spurgebundener Fahrt wird der Windkessel 33 über das Ventil 35 von der Druckquelle 34 aus aufgefüllt und gespannt, so daß die Mit­ tenzentrierung wirksam ist. Für spurungebundene Fahrt wird der Windkessel über das Ventil druckentlastet, so daß die Mittenzentrierung wirkungslos ist.

Claims (10)

1. Von außen mechanisch spurführbares Fahrzeug, insbesondere für den öffentlichen Personennahverkehr, mit einer lenkba­ ren mit einschlagbaren Rädern versehenen Fahrzeugachse und mit an den Radnaben der einschlagbaren Räder angeordneten sich einseitig in Fahrtrichtung nach vorn erstreckenden Haltearmen, an deren vorderen Ende eine in Fahrtrichtung vor dem entsprechenden einschlagbaren Rad gelegene Quer­ führungsrolle zur selbsttätigen fahrbahnseitigen Beein­ flussung des Einschlagwinkels der einschlagbaren Räder vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Haltearme (11) unter Ausschaltung von Elastizitäten oder Nachgiebigkeiten so biegehart wie mög­ lich ausgebildet und die metallenen Querführungsrollen (12) mit einem Vollgummi-Laufkranz (13) versehen sind.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querführungsrollen (12) unter einer Vorspannung von etwa 400 bis 1000 N an die entspre­ chenden fahrbahnseitigen Querführungsmittel (2) angepreßt sind.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 mit beiderseits des Fahr­ zeuges angeordneten Haltearmen und Querführungsrollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hal­ tearme (11) der beiden Fahrzeugseiten durch einen Kraft­ speicher (18, 19) in Richtung auf eine der Geradeausfahrt entsprechende Stellung gespannt sind.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit beiderseits des Fahrzeuges angeordneten Haltearmen und Querführungs­ rollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (11) willkürlich in Richtung auf eine der beiden Fahrzeugseiten vorspannbar sind.

5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (21) der Querführungsrolle (12) etwa 15 bis 20 Prozent des Durchmessers (23) der einschlagbaren Räder (5) beträgt.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (21) der Querführungsrolle (12) geringer ist als die Aufstands­ breite (22) der Fahrzeugräder (5).

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querführungsrollen (12) um etwa 8 bis 10 Prozent des Durchmessers (23) der Fahrzeug­ räder (5) seitlich gegenüber der Außenkante (25) der Fahr­ zeugräder (5) überstehen (Maß 24).

8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollgummi-Lauf­ kranz (13) der Querführungsrollen (12) in radialer Rich­ tung etwa 10 bis 20 Prozent des Rollendurchmessers (21) mißt (Maß 26).

9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummihärte des Voll­ gummi-Laufkranzes (13) wenigstens etwa der Härte des Rei­ fengummis der Fahrzeugräder (5) entspricht.

10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit beiderseits des Fahrzeuges angeordneten Haltearmen und Querführungs­ rollen, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenabstand (15) der Querführungsrollen (12) in entspanntem freiem Zustand größer ist als der Innenabstand (16) der Querführungsstege (2) der zugehörigen Fahrbahn (1) (Übermaß 17).