Be z e i chnung

Stromabnehmersystem für ein Fahrzeug, insbesondere für Containerstapelkrane "RTG ' s "

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strom- und/oder Date- nubertragungssystem unter Verwendung eines Abnehmerwagens, einer Trasse und eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug insbesondere ein Containerstapelkran ist.

Circa 99% aller Containerstapelkrane sind dieselgetrieben. Aufgrund des stetig steigenden Preises für den Dieselkraftstoff und aus Lärm- und Umweltschutzgrunden ist angestrebt, die Containerstapelkrane zu elektrifizieren. Es sind verschiedene Containerstapelkrane im Einsatz. So existieren schmale luft- bereifte Van-Carrier, die in Europa eingesetzt werden und die Container aufgrund ihrer geringen Breite nur in einer Reihe stapeln können. Bei diesen Van-Carriern ist der Einsatz einer Stromschiene eher unwirtschaftlich. Ferner existieren die wesentlich breiteren Rail-Mounted-Gantry-Cranes, welche auf Kranschienen laufen und bereits heute über Stromschienen betrieben werden. Darüber hinaus existieren die Rub- ber-Tired-Gantry-Cranes, welche ebenfalls breit ausgeführt sind und mehrere Reihen von Containerstapeln übergreifen können und überwiegend in Gassen entlang der gestapelten Containerreihen fahren. Diese Kräne sind luftbereift, da sie die Gassen, welche durch die Containerstapel gebildet sind, häufig wechseln müssen. Es sind bereits Testanlagen installiert, bei denen die Rub- ber-Tired-Gantry-Cranes mit parallel angeordneten Stromschienen mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Stromschienen sind dabei an Trassen angeordnet, auf denen Stromabnehmerwagen entlang fahren, die mit ihren Stromabnehmern und Schleifkohlen die Stromschienen kontaktieren. Die Stromabnehmerwagen können über elektrische Kabel, an denen Stecker angeordnet sind, mit dem Kran verbunden werden, so dass dieser seine elektrische Energie über die Stromschienen beziehen kann. Die Rubber-Tired-Gantry-Cranes, kurz RTG' s genannt, verfügen über einen Elektroantrieb mit Dieselaggregat. Zum Wechsel der Gassen schalten die RTG' s auf ihren „Dieselantrieb" um. Sobald sie in eine Gasse eingefahren sind, teilt der Fahrer dem Hilfspersonal mit, dass das Kabel des Stromabnehmerwagens in eine Steckdose des RTG' s eingesteckt werden soll. Zudem wird der Stromabnehmerwagen mit Ketten an den RTG angehängt, so dass durch das Verfahren des RTG' s der Stromabnehmerwagen über die Ketten und nicht über das Elektrokabel gezogen wird.

Nachteilig bei dem vorbeschriebenen System ist, dass Hilfs- personen manuell den Containerstapelkran (RTG) mittels des

Stromkabels mit dem Stromabnehmerwagen verbinden müssen, wobei sie hierzu neben dem Elektrokabel auch die Ketten am RTG einhängen bzw. einstecken müssen. Nachteilig ist ebenfalls der schlechte

Wirkungsgrad und damit der Energieverlust, in dem man erst den erforderlichen Antriebsstrom mittels Dieselaggregat erzeugt und dann damit die Elektroantriebe versorgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug, insbesondere einem Containerstapelkran, und der Trasse zu erleichtern, insbesondere zu automatisieren. Diese Aufgabe wird mit einem Stromabnehmersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost. Ferner wird eine Trasse mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und den Merkmalen der auf den Anspruch 16 ruckbezogenen Ansprüche sowie ein Strom- und/oder Datenu- bertragungssystem beansprucht.

Die vorteilhaften Ausgestaltungen des Stromabnehmersystems, des Fahrzeugs, der Trasse sowie des Ubertragungssystems ergeben sich durch die Merkmale der jeweils ruckbezogenen Unteranspruche .

Das erfindungsgemaße Stromabnehmersystem ist nicht generell nur für Containerstapelkrane, sondern auch für beliebige Fahrzeuge geeignet, welche entlang von entsprechenden Trassen verfahren und mit elektrischer Energie und/oder Daten versorgt werden müssen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass eine automatische Kontaktierung des Fahrzeugs mit der mindestens einen entlang der Trasse verlegten Stromschiene mittels des Stromabnehmersystems möglich ist. Die Schwierigkeit dabei ist, die enormen Toleranzen durch einen automatischen Vorgang zu kompensieren. Diese Toleranzen ergeben sich durch eine recht ungenaue Abstandsposition des Fahrzeugs, insbesondere Kranes, zur Stromschienenanlage in horizontaler und vertikaler Richtung. Hierzu wird der Abnehmerwagen mittels einer Positionier- und Einfuhrungseinrichtung relativ zur Stromschiene ausgerichtet und in diese mit seinen Stromabnehmern eingeführt. Hierzu weist das Fahrzeug vorteilhaft einen Arm oder eine sonstige Verstell- einrichtung auf, mittels derer der Abnehmerwagen in der horizontalen Richtung verstellbar ist. Die Trasse weist im einfachsten Fall eine Anlageplatte auf, gegen die das Armende, die Verstelleinrichtung oder der Abnehmerwagen mittels eines Antriebs verfahren werden kann. Das Armende kann hierzu mit mindestens einer Andruckrolle bzw. Laufrolle versehen werden. Zum Einfahren des Abnehmerwagens in die an der Trasse angeordneten Tragschienen muss somit das Fahrzeug mit seinem Abnehmerwagen vor die Po- sitionierungs- und Einfuhrungseinrichtung verfahren werden, wonach dann der Abnehmerwagen mittels eines Antriebs in Richtung der Anlageplatte verfahren wird, bis es zu einem Kontakt mit der Anlageplatte kommt. Sobald ein Kontakt mit der Anlageplatte hergestellt ist, was insbesondere mittels Sensoren oder über den Antriebsstrom des Antriebs, welcher den Abnehmerwagen in ho- rizontaler Richtung verstellt, ermittelbar ist, ist der Abnehmerwagen horizontal ausgerichtet. Nunmehr kann durch Verfahren des Fahrzeugs der Abnehmerwagen in die Einfuhrungseinrichtung eingefahren werden. Die Einfuhrungseinrichtung dient dazu, den Abnehmerwagen vertikal zu positionieren, insbesondere anzuheben, so dass er mit seinen Stromabnehmern in die Stromschiene (n) einfahrbar ist. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist hierzu die Einfuhrungseinrichtung Laufschienen auf, die sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs von unten nach oben - sofern der Abnehmerwagen angehoben werden muss - erstrecken. Der Abneh- merwagen verfugt über Laufrollen, die auf der Laufflache der schräg angeordneten Laufschienen aufsetzen, wodurch der Abnehmerwagen beim weiteren Verfahren des Fahrzeugs angehoben wird. Hierbei kann entweder der gesamte Arm mit dem daran befindlichen Abnehmerwagen oder nur der Abnehmerwagen angehoben werden. Im einfachsten Fall wird nur der Abnehmerwagen angehoben. Der Abnehmerwagen ist dabei vorteilhaft von vertikal angeordneten Stäben gefuhrt. Die Stabe können entweder am Arm oder am Abnehmerwagen befestigt sein und sind jeweils vertikal verschieblich am jeweils anderen Teil - Arm bzw. Abnehmerwagen - gelagert. In einer alternativen Ausfuhrung sind statt vier vertikalen Stäben nur ein vertikales Rohr angeordnet, das ein ausgleichendes Drehen des Abnehmerwagens in horizontaler Richtung ermöglicht, falls der Arm oder die sonstige Verstelleinrichtung nicht genau im rechten Winkel zur Fahrtrichtung angreift.

Die Positionier- und Einfahrsysteme sind jeweils an beiden Enden einer Gasse angeordnet.

Um sicherzustellen, dass das Einfuhren der Stromabnehmer in die Stromschienen durch Verfahren des Fahrzeugs erfolgt, kann ein Aufnahmetrichter an der Stromschiene vorgesehen werden, der aus dem Stand der Technik hinreichend von allgemein üblichen Stromschienen her bekannt ist.

Der Arm, an dem vorteilhaft der Abnehmerwagen angeordnet ist, kann vorteilhaft als Teleskoparm ausgebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, ein starres Langsprofil vorzusehen, welches mittels eines Antriebs, insbesondere Zahnstangenantriebs, verstellt wird.

Durch die Erfindung wird eine größere Wirtschaftlichkeit aufgrund der geringeren Treibstoffkosten sowie eine Verringerung des Wartungs- und Reparaturaufwands erzeugt. Durch die Elektrifizierung der Fahrzeuge wird eine Verringerung des Schallpegels und der C0 ₂ -Emissionen sowie anderer schädlicher Abgase erzielt.

Durch den Einsatz von Stromschienen innerhalb der Gassen können die Containerstapelkrane innerhalb der Gassen mit elektrischer Energie versorgt werden. Somit ist nur noch außerhalb der Gassen ein Dieselantrieb erforderlich. Die Stromabnahme erfolgt jeweils über einen mitfahrenden Abnehmerwagen, insbesondere Stromabnehmerwagen, der an dem Kran angeordnet ist. Beim Gassenwechsel fahrt der Abnehmerwagen aus der Trasse heraus und wird somit automatisch abgekoppelt. Mit Hilfe des Dieselantriebs kann der Kran in die neue Gasse verfahren.

Da die Platzverhaltnisse und Anforderungen in den Containerhafen unterschiedlich sind, können zwei verschiedene Stromschienenanordnungen auch in Kombination eingesetzt werden. So ist es möglich, Stromschienen in allen Gassen einseitig anzuordnen, wie es in der Figur Ia dargestellt ist. Die Gassen G werden durch die Containerstapel C gebildet. Die Krane RTG fahren dabei entweder parallel zu den Stromschienen bzw. Trassen S, wobei sie durch ihre elektrischen Antriebe angetrieben sind. Sobald die Krane RTG die Gassen G verlassen, können sie mittels Dieselantrieb eine andere Gasse G ansteuern.

Die Figur Ib zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Trasse T, an der einseitig vier Stromschienen S befestigt sind. An der Trasse T ist ein Abnehmerwagen W verfahrbar und mittels Rollen AB _R gelagert, die auf einer Fahrspur der Trasse T abrollen. Der Abnehmerwagen W verfügt über mehrere Stromabnehmer AB, die mittels Schleifkohlen an den Stromschienen S anliegen. Unterhalb oder oberhalb des Stromabnehmerwagens W ist ein Elektromodul M angeordnet, welches mit dem Stromabnehmerwagen W entlang der Trasse T verfahren wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Testanlagen ist das Modul M über eine elektrische Leitung L mit dem Kran RTG verbunden, welcher mittels Gummireifen R auf der Fahrbahn F entlang der Trasse T verfahrbar ist. Die Ketten oder Seile zur Mitnahme des Wagens W sind nicht dargestellt. Die Figuren Ia und Ib zeigen lediglich die Anordnung von Stromschienen an einer Seite der Trasse T. Es ist jedoch auch möglich, entlang der Trasse T an ihren beiden Seiten Stromschienen S anzuordnen, so dass die Trasse T zwischen zwei RTG' s angeordnet ist, wie es in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist.

Im Gegensatz zu der vorbekannten Testanlage ist bei dem erfindungsgemäßen System jedem Kran ein Abnehmerwagen zugeordnet, welcher am Kran selbst befestigt ist. Dadurch ergibt sich ein enormer Kostenvorteil, da hiermit die Anzahl der Abnehmerwagen der Anzahl der Krane entspricht. Im Gegensatz dazu waren in den alten Anlagen für jede Trasse mehrere Abnehmerwagen eingesetzt, um für jeden „Arbeitsplatz" des Kranes eine Steckermöglichkeit vor- zusehen.

Das erfindungsgemäße Stromabnehmersystem besteht im einfachsten Fall aus einem Arm, welcher insbesondere ein Teleskoparm sein kann, welcher mit seinem einen Ende an dem Fahrzeug montierbar ist und dessen anderes Ende den Abnehmerwagen trägt. Der Abnehmerwagen ist dabei in der Vertikalen frei verschieblich am Arm gelagert, so dass er entsprechend zur Einführung in die Stromschienen angehoben werden kann.

Durch den vorteilhaften Einsatz von Diabolorollen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine konkave, nach innen gekrümmte, fast halbkreisförmige oder konische Laufflache aufweisen, können die üblicherweise vier Führungsschienen durch zwei im Querschnitt runde Stabe oder Rohre ersetzt werden. Am Abnehmerwagen sind dann vorteilhaft nur noch drei Laufrollen in Form der Diabolorollen notwendig, damit der Abnehmerwagen sicher gefuhrt und zentriert ist. Vorteilhaft kann auch eine Fuhrung aus Diabolorollen und runden Stäben bzw. Rohren für die vertikale Fuhrung und Lagerung des Abnehmerwagens am Kopf des Teleskoparmes vorgesehen werden. Insgesamt kann das System durch den Einsatz der vorbeschriebenen Laufrollen wesentlich vereinfacht, kompakter, erheblich leichter und kostengünstiger gefertigt und montiert werden, wobei gleichzeitig die Fuhrung des Abnehmerwagens optimiert ist. Zudem kann ein Fuhrungsrohr bei gleichem Gewicht gunstiger und mit größerem Widerstandsmoment gegen Durchbiegung gefertigt werden als herkömmliche u-Profil-Tragschienen.

Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung naher erläutert.

Es zeigen:

Figuren Ia und Ib: Stromschienen einseitig an einer Trasse angeordnet;

Figuren 2a und 2b: zweiseitige Stromschienenanordnung an einer Trasse;

Figur 3: erfindungsgemaße Ausgestaltung von Fahrzeug und Trasse - mit gegen Platte verfahrenem Armende;

Figur 4 von der Positionier- und Einfuhreinrichtung angehobener Abnehmerwagen;

Figur 5: vollständig angehobener Abnehmerwagen, der durch eine weitere Bewegung des Fahrzeugs mit seinen Stromabnehmern in die Stromschiene einfahrbar ist; Fig. 6: perspektivische Ansicht einer zweiten möglichen Ausfuhrungsform eines Abnehmerwagens und einer Trasse mit runden Stangen als Tragschienen;

Fig. 7: Seitenansicht und teilgeschnittene Ansicht der Trasse mit Abnehmerwagen gem. Fig. 6;

Fig. 8: schematische Darstellung der Ausfuhrungsform gem. der Figuren 6 und 7;

Fig. 9: Draufsicht auf die Anordnung gem. Figur 8;

Fig. 10: schematische Darstellung einer Einfuhreinrichtung für die Ausfuhrungsform gem. der Figuren 6 bis 9.

Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemaße Trasse T, bestehend aus senkrechten Standern T _s und horizontalen Tragern T _H . An den horizontalen Tragern T _H sind Stromschienen S und Tragschienen TR angeordnet. Die Figur 3 zeigt die Stelle der Trassen, an der die Positionier- und Einfuhreinrichtung PE angeordnet ist, also die Stelle, an der das Fahrzeug RTG, insbesondere ein Kran, posi- tioniert werden muss, damit der an dem Fahrzeug RTG angeordnete Abnehmerwagen W in die Trasse T bzw. die Stromschiene S eingefahren werden kann. Von dem Kran RTG ist nur ein Standbein RTG _B schematisch mittels eines senkrechten Quaders dargestellt, an dem in der Regel mindestens ein Reifen angelagert ist. An dem Standbein RTG _B ist ein Teleskoparm A, bestehend aus den einzelnen Armsegmenten Ai, A ₂ und A ₃ , befestigt. An dem letzten Segment A ₃ ist ein Anlageteil AT in Form von ein oder zwei Andruckrollen stirnseitig angeordnet. Durch das Ausfahren des Teleskoparms A werden die Rollen AT letztendlich an die Platte P stoßen, wodurch der ebenfalls am Segment A ₃ angeordnete Abnehmerwagen W horizontal zum Einfahren in die Tragschienen ETR der Einfuhrungseinrichtung PE ausgerichtet ist. Am Abnehmerwagen W sind vertikal angeordnete Stabe ST befestigt, die in Fuhrungen F am Arm A in vertikaler Richtung verschieblich gelagert sind. Sobald der Kran RTG in Fahrtrichtung R ₁ verfahren wird, setzen die Laufrollen AB _R auf den Laufflachen L _ETR der schräg angeordneten Tragschienen ETR auf, wodurch beim Weiterfahren in Richtung R ₁ der Abnehmerwagen W mit den Stäben ST angehoben wird. Die schräg als Rampe ausgebildeten und angeordneten Tragschienen ETR der Einfuhrungseinrichtung PE enden angrenzend im Bereich der Tragschienen TR, welche so angeordnet sind, dass der Abnehmerwagen der Trasse T und der Stromschiene S folgt und sichergestellt ist, dass die Stromabnehmer AB stets Kontakt mit den Stromschienen S haben. Der Abnehmerwagen W verfugt über ein Gehäuse G, an dem die Stabe, die federnd gelagerten Stromabnehmer AB sowie die Laufrollen AB _R angeordnet sind. Über ein flexibles Kabel K, welches an den einzelnen Segmenten A ₁ des Teleskoparms A aufgehängt ist, sind die Stromabnehmer AB mit der Kranelektronik verbunden.

Die Figur 4 zeigt eine Stellung, bei der der Kran RTG in Richtung R ₁ verfahren ist, und die Laufrollen AB _R des Abnehmerwagens W bereits auf der Laufflache L _ETR zur Auflage gekommen sind.

Die Figur 5 zeigt eine Stellung, bei der der Abnehmerwagen W bereits auf die Hohe der Tragschienen TR angehoben ist, wodurch die Stabe ST mit nach oben verstellt worden sind, jedoch noch in ihren Fuhrungen F einliegen.

In der Regel ist der Kran RTG oder das Fahrzeug nicht spurgebunden, so dass es beim Verfahren in Fahrtrichtung R ₁ dazu kommen kann, dass sich der Abstand des Fahrzeugs von der Trasse T ändert. Außerdem treten standig auch Abstandsanderungen in vertikaler Richtung auf, die z.B. durch unterschiedlichen Luftdruck in den Reifen und allgemeinen Hohentoleranzen entstehen können. Um diese Abstandsanderungen fortwahrend ausgleichen zu können, muss sichergestellt sein, dass sich der Abnehmerwagen relativ zum Fahrzeug in horizontaler Richtung bewegen kann. Der Teleskoparm A muss daher so ausgebildet sein, dass sich seine Lange aufgrund der zwischen Trasse und Fahrzeug wirkenden Kräfte verandern kann. Für den vertikalen Ausgleich sorgen dann die vertikalen Stabe (ST) oder ein vertikales Rohr.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen eine weitere mögliche Ausfuhrungsform, bei der der Abnehmerwagen W in der Vertikalen verschieblich am Kopf A'κ des Teleskoparms A ¹ gelagert ist. Hierzu sind an dem Kopf A' _κ des Teleskoparms A ¹ Rollen A' _KR drehbar gelagert, welche in den vertikal angeordneten Fuhrungen W' _VF des Abnehmerwagens laufen und den Abnehmerwagen am Verkippen hindern. Am Abnehmerwagen W sind die Stromabnehmer AB ¹ angeordnet, die in die Stromschienen S ¹ zum Kontakt eingreifen. Die Stander T' _s der Trasse tragen die Tragschienen T _R ' , welche durch im Querschnitt runde Stabe gebildet sind. Als Laufrollen sind am Abnehmerwagen W Diabolorollen AB' _R angeordnet, die zur horizontalen und vertikalen Zentrierung des Abnehmerwagens W dienen. Die Diabolorollen AB' _R weisen eine konkave oder im Querschnitt in etwa halbkreisförmige Laufflache auf, die an den im Querschnitt kreisförmigen Tragschienen T _R ' anliegen. Grundsatzlich reichen drei Rollen AB' _R aus, damit der Abnehmerwagen W sicher gefuhrt ist. Es ist selbstverständlich auch möglich mehr als drei, z.B. zwei obere und zwei unter Rollen, vorzusehen.

Die Figur 7 zeigt eine Seitenansicht und teilgeschnittene Ansicht der Trasse mit ihren Standern T' _s und den daran über Halter T' _H befestigten Tragschienen T' _R und Stromschienen S ¹ . An einem Trassenstander T' _s sind die Halter T' _H für die sich gegenuber- liegenden Führungsschienen T' _R angeordnet, so dass sich aufgrund der nunmehr lediglich zwei übereinander angeordneten Fuhrungsund Tragschienen T' _R eine kompakte und wenig Raum einnehmende Trasse realisieren lasst. Die Halter T' _H für die gegenüberliegenden Tragschienen T' _R sind miteinander verschraubt, vernietet oder miteinander verschweißt, so dass eine hohe Stabilität für die gesamte Trasse erzielt wird.

Die Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung der Ausfuhrungsform gem. der Figuren 6 und 7. Der Abnehmerwagen W ist durch eine Rahmenkonstruktion W' _R gebildet, an der die Laufrollen AB' _R und die Stromabnehmer AB ¹ befestigt sind. Am Tragrahmen W' _R sind zudem die vertikalen Fuhrungsstabe W' _VF befestigt bzw. integriert, welche zur Fuhrung der am Kopf A' _κ des Teleskoparms A' angeordneten Laufrollen A' _KR dienen. Optional können Federn vorgesehen werden, die nicht dargestellt sind, die den Abnehmerwagen W in einer vertikalen Position relativ zum Kopf A' _κ des Teleskoparms A' positionieren, sofern der Abnehmerwagen W nicht durch die Tragschienen T _R ' gefuhrt ist. Die Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gem. Figur 8.

Die Figur 10 zeigt eine mögliche Ausfuhrungsform für eine Einfuhreinrichtung für die Ausfuhrungsform gem. der Figuren 6 bis 9. Die Einfuhreinrichtung verfugt über eine obere Prallvorrichtung PRO und eine untere Prallvorrichtung PR' _O . Die obere Prallvorrichtung PR' _O weist eine horizontale Prallplatte PR' _H und eine vertikale Prallplatte PR' _V auf, die zur horizontalen und vertikalen Positionierung mit den oberen Laufrollen AB' _R des Abnehmerwagens W zusammenwirken. Die untere Prallvorrichtung PR' u dient zur horizontalen Ausrichtung der unteren Laufrolle AB' _R des Abnehmerwagens W . Die Einfuhreinrichtung weist mindestens eine schräg angeordnete Trasse T' _RR auf, auf der die untere Laufrolle AB' _R des Abnehmerwagens W beim Verfahren nach rechts aufsetzt. Hierdurch wird der Abnehmerwagen W soweit angehoben, dass die oberen Laufrollen AB' _R des Abnehmerwagens W sich oberhalb der oberen Tragschiene T' _R befinden. Nach dem vollständigen Einfahren des Abnehmerwagens W umgreifen dessen Laufrollen AB' _R von oben und unten die Tragschienen T' _R , wodurch der Abnehmerwagen W die Trasse nicht mehr verlassen kann. Relative vertikale Toleranzen und Fahrbahnunebenheiten werden durch die vertikale Fuhrung des Abnehmerwagens W am Kopf A' _κ des Teleskoparmes A ¹ ausgeglichen.

Es versteht sich von selbst, dass die erste Ausfuhrungsform, die in den Figuren 3 bis 5 dargestellt und beschrieben ist, ebenfalls mit den Diabolorollen als Laufrollen und im Querschnitt runden Tragschienen, wie sie in den Figuren 6 bis 10 dargestellt und beschrieben sind, ausgestattet werden kann.