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Die
Erfindung betrifft ein Magnetschwebefahrzeug der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Bekannte
Magnetschwebefahrzeuge dieser Art enthalten in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckte Schwebegestelle, die einerseits mit den das magnetische
Schweben ermöglichenden
Tragmagneten verbunden sind und andererseits über Luftfedern den eigentlichen
Wagenkasten mit der Fahrgastzelle abstützen. Die Luftfedern werden
dabei mit einem vorgewählten
Soll-Luftdruck von z. B. 8 bar betrieben und sind mit einer Luftfedersteuerung
in Form einer Niveauregelung gekoppelt, die beim Betrieb zur Steuerung
des Luftdrucks in der Weise dient, daß keine Querneigungen des Fahrzeugs
auftreten. Dabei ist es aus Redundanzgründen üblich, die Schwebegestelle
an denjenigen Stellen, an denen die Luftfedern angebracht sind,
mit je zwei benachbarten, durch entsprechende Rahmenteile gebildeten
Abstützstellen
zu versehen und mit diesen auf je einem separaten Tragmagneten abzustützen. Dadurch
ergibt sich der Vorteil, daß die
vom Wagenkasten über die
Luftfedern auf das Schwebegestell übertragene Last an jeder Abstützstelle
normalerweise von zwei Tragmagneten aufgenommen wird, während beim Ausfall
eines der beiden Tragmagnete der den anderen Tragmagneten durchfließende Strom
so stark erhöht
wird, daß dieser
den auf den ausgefallenen Tragmagneten entfallenden Lastanteil mit übernimmt.
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Ein
Nachteil dieses Aufbaus besteht darin, daß der nicht ausgefallene Tragmagnet,
da er die volle Last übernehmen
muß, für die Dauer
der Störung mit
einem erheblich höheren
Strom als dem Nennstrom betrieben wird, um den vorgegebenen Tragspalt
einzuhalten. Das erfordert eine so starke Auslegung der Tragmagnete,
daß sie
ohne thermische Überlastung
auch einen längeren
Störfall
problemlos überstehen
können.
Denkbar wäre
zwar auch eine Entlüftung
der vom Ausfall betroffenen Luftfeder, doch hätte das zur Folge, daß dann von
ihr keine Last mehr auf das zugehörige Tragmagnetpaar übertragen
würde.
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Demgegenüber besteht
das der Erfindung zugrunde liegende Problem darin, das Magnetschwebefahrzeug
der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß der beim
Auftreten eines Störfalls
funktionsfähig
bleibende Tragmagnet auch weiterhin einen Teil der über die
Luftfeder übertragenen
Last aufnehmen kann, ohne jedoch überlastet zu werden, selbst
wenn er nicht für
einen Störfall
ausgelegt ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß der Druck in der Luftfeder
bei Ausfall eines der beiden ihr zugeordneten Tragmagnete auf einen
solchen Druck reduziert werden kann, wie der Nenn-Tragkraft des
nicht ausgefallenen Tragmagneten entspricht. Da der Druck in der
Luftfeder ein Maß für die auf
den Tragmagneten übertragene
Kraft ist, genügt
in der Regel etwa eine Halbierung des üblichen Luftdrucks. Dadurch
ergibt sich der weitere Vorteil, daß die nicht von diesem Tragmagneten
aufgenommene Last auf mehrere andere der zahlreichen (z. B. 16)
Luftfedern des Magnetschwebefahrzeugs verteilt werden kann, so daß im Störfall an
keinem der Tragmagnete zu hohe Belastungen auftreten.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
die Seitenansicht eines üblichen
Magnetschwebefahrzeugs;
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2 eine
vergrößerte Einzelheit
X des Magnetschwebefahrzeugs nach 1 mit weiteren Komponenten;
und
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3 ein
Schaltbild einer elektropneumatischen Steuereinrichtung für die Luftfeder
des Magnetschwebefahrzeugs nach 2.
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Nach 1 enthält ein Magnetschwebefahrzeug 1 einen
Wagenkasten 2, an dessen Unterseite mehrere, in Richtung
einer Fahrzeug-Längsachse 3 beabstandete
Luftfedern 4 montiert sind. Je eine Luftfeder 4 wirkt
auf das vordere bzw. hintere Ende von Schwebegestellabschnitten 5 ein,
die ein den Wagenkasten 2 tragendes Schwebegestell bilden
und zwischen denen als Zwischenräume
dargestellte Gelenkpunkte 6 vorgesehen sind, die dazu dienen,
daß die
Schwebegestellabschnitte 5 die erforderlichen Längs- und Querbewegungen
ausführen
können.
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Die
Schwebegestellabschnitte 5 sind an ihren Enden mit Abstützelementen 5a in
Form von Rahmenteilen od. dgl. versehen, die auf Tragmagneten 7 abgestützt sind.
Dabei weist jedes Abstützelement 5a zwei
in Richtung der Längsachse 3 hintereinander
liegende Abstützstellen 5b (2)
auf, die mit weiteren Federn 8 an einem zugehörigen Tragmagneten 7 befestigt
sind. Insbesondere ist die Anordnung so getroffen, daß an jeder
Abstützstelle 5b eines
Abstützelementes 5a zwei
Tragmagnete 7 angreifen, die in 2 mit 7A und 7B bezeichnet
sind. Außerdem
ist es möglich,
je zwei Tragmagnete (z. B. 7A und 7C) in 1 starr
miteinander zu verbinden, wie in 1 durch
gestrichelte Linien angedeutet ist, wobei die beidseits der Gelenkpunkte 6 angeordneten
Tragmagnete 7A, 7B zweckmäßig relativ zueinander beweglich
sind. Schließlich
ist in 2 noch eine Gleitschiene 9 dargestellt,
die an einem nicht gezeigten Fahrweg für das Magnetschwebefahrzeug 1 angebracht
ist und auf der das Magnetschwebefahrzeug 1 mittels Gleitkufen 10,
die an den Schwebegestellabschnitten 5 befestigt sind,
abgesetzt wird, wenn die Tragmagnete 7 stromlos sind und
daher nicht der Funktion "Tragen" dienen können.
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Den
Tragmagneten 7A, 7B ist je ein Regelkreis 11A, 11B zugeordnet,
der dazu dient, zwischen dem Fahrweg und den zugeordneten Polen
der Tragmagnete 7 einen Tragspalt von z. B. 10 mm zu erzeugen,
der den Schwebezustand des Magnetschwebefahrzeugs herstellt. Die
Bewegung des Magnetschwebefahrzeugs 1 in Richtung der Längsachse 3 erfolgt
z. B. mittels eines Langstator-Linearmotors, der eine den Tragmagneten 7 gegenüber liegende, am
Fahrweg befestigte und nicht gezeigte Reaktionsschiene aufweist,
die mit üblichen
Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklungen versehen ist, wobei die Tragmagnete 7 gleichzeitig
die Erregermagnete des Linearmotors bilden.
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Magnetschwebefahrzeuge
dieser Art sind allgemein bekannt (z. B.
DE 30 04 704 C2 ) und brauchen
dem Fachmann nicht näher
erläutert
werden.
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Der
Luftfeder 4 ist eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 14 zugeordnet,
die die nachfolgend anhand der 3 beschriebene
Funktion hat und mit denjenigen beiden Regelkreisen 11A, 11B verbunden
ist, die an den beiden Abstützstellen 5B des
der Luftfeder 4 zugeordneten Schwebegestellabschnitts 5 angreifen.
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Nach 3 enthält die Steuereinrichtung 14 eine
Druckluftquelle 15, die z. B. ein Kompressor oder auch
eine hier nicht interessierende Niveauregeleinheit sein kann und über eine
Leitung 16 an die Luftfeder 4 angeschlossen ist.
Zwischen der Druckluftquelle 15 und der Luftfeder 4 sind
zwei in Serie liegende Steuerventile 17 und 18 in
die Leitung 16 geschaltet, die beide über je eine Drossel 19, 20 zu
einer Entlüftungsleitung 21, 22 oder
auch zur äußeren Atmosphäre führen. Beide
Steuerventile 17 und 18 sind über Steuerleitungen 23, 24 zumindest
derart steuerbar, daß sie
in einer ersten Stellung die Leitung 16 auf Durchgang schalten,
aber gegen die Entlüftungsleitungen 21, 22 absperren,
oder in einer zweiten Stellung die Leitung 16 zumindest
auf der Seite der Luftfeder 4 an die Entlüftungsleitung 21, 22 anschließen. Weiterhin
sind der Leitung 16 zwei Druckschalter 25, 26 zugeordnet,
die den Luftdruck in der Leitung 16 überwachen und beim Erreichen
eines vorgewählten
Luftdrucks ein Schaltsignal abgeben. Dabei sind beide Druckschalter 25 und 26 sowohl
mit dem Regelkreis 11A als auch mit dem Regelkreis 11B verbunden.
Schließlich
ist in die Leitung 16 noch ein der Belüftung dienendes Steuerventil 27 geschaltet,
dem ein ebenfalls in die Leitung 16 geschalteter Druckschalter 28 zugeordnet
ist und das über
eine Steuerleitung 29 entweder auf Durchgang geschaltet werden
oder die Leitung 16 absperren kann. Weitere, für die Erfindung
nicht wichtige Komponenten sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Die
Wirkungsweise der Steuereinrichtung 14 nach 3 ist
wie folgt:
Vor Inbetriebnahme des Magnetschwebefahrzeugs 1 wird
die Luftfeder 4 nach Öffnen
des Steuerventils 27 und bei auf Durchgang geschalteten
Steuerventilen 17, 18 über die Leitung 16 auf
einen vorgewählten Soll-Luftdruck
eingestellt. Ist dieser erreicht, was durch den Druckschalter 28 signalisiert
wird, wird das Steuerventil 27 wieder geschlossen. Das
Magnetschwebefahrzeug kann nun in Betrieb genommen werden. Bei Ausfall
der Tragkraft z. B. des Tragmagneten 7A am Schwebegestellabschnitt 5 erhält normalerweise
der Tragmagnet 7B die doppelte Tragkraft gegenüber dem
Zustand vor dem Ausfall, indem der elektrische Strom durch seine
nicht dargestellte Wicklung vom zugehörigen Regelkreis 11B entsprechend
erhöht
wird. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß in dieser Situation eine
automatische Entlüftung
der Luftfeder 4 auf einen vorgewählten Bruchteil des von der
Druckluftquelle 15 gelieferten bzw. zuvor in der Luftfeder 4 hergestellten
Soll-Luftdrucks (z. B. von ursprünglich
8 bar auf nur noch 3,5 bar) vorgenommen, um dadurch die ursprüngliche Tragkraft
des Tragmagneten 7B wieder herzustellen bzw. die über die
Luftfeder 4 auf den Tragmagneten 7B übertragene
Teillast auf einen Wert einzustellen, der der Tragkraft des Tragmagneten 7B bei
seinem Nennstrom entspricht. Hierzu wird das Steuerventil 17 über die
Steuerleitung 23 in eine Stellung gebracht, bei der die
Leitung 16 über
die Drossel 19 mit der Entlüftungsleitung 21 verbunden
ist, so daß die Luft
aus der Luftfeder 4 über
diesen Pfad entweicht. Die Steuerung des Steuerventils 17 erfolgt
dabei mit Hilfe eines Fehlersignals, das der Steuerleitung 14 vom
Regelkreis 11A des ausgefallenen Tragmagneten 7A aus
zugeführt
und z. B. dann erzeugt wird, wenn der Tragmagnet 7A stromlos
wird oder ein sonstiger Fehler vorliegt.
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Die
Entlüftung
der Luftfeder 4 wird so lange fortgesetzt, bis der zugehörige Druckschalter 25 anzeigt,
daß in
der Leitung 16 zwischen dem geschlossenen Steuerventil 27 und
der Luftfeder 4 und damit auch in der Luftfeder 4 selbst
nur noch ein Bruchteil des ursprünglichen
Luftdrucks vorhanden ist. Im Anschluß daran wird das Steuerventil 17 über die
Steuerleitung 23 wieder auf Durchgang geschaltet und damit
von der Entlüftungsleitung 21 getrennt.
Die Luftfeder 4 wird nun mit einem gegenüber dem Soll-Luftdruck
reduzierten Druck betrieben. Da dieser Wert vorzugsweise so gewählt wird,
daß die
jetzt über
die Luftfeder 4 übertragene
Last im wesentlichen der Tragkraft des Tragmagneten 7B entspricht, die
dieser beim Nennstrom aufbringt, wird der dann nicht auf den Tragmagneten 7B in
entfallende Lastanteil vorzugsweise möglichst gleichmäßig auf
die restlichen Tragmagnete 7 des Magnetschwebefahrzeugs 1 verteilt
(1). Eine Überlastung
der Tragmagnete wird dadurch weitgehend vermieden.
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Um
zu vermeiden, daß beim
Versagen der bisher beschriebenen Steuereinrichtung 14,
insbesondere z. B. aufgrund eines Defekts des Steuerventils 17,
der Drossel 21 od. dgl., keine Entlüftung der Luftfeder 4 vorgenommen
wird, ist erfindungsgemäß eine redundante
Einrichtung vorgesehen, die die Teile 18, 20, 22, 24 und 26 umfaßt. Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt:
Findet aufgrund der beschriebenen
Fehlfunktionen eine Entlüftung
der Luftfeder 4 nicht statt, wird der Strom durch die Wicklung
des nicht ausgefallenen Tragmagneten 7B durch den Regelkreis 11B automatisch über den
Nennstrom hinaus erhöht.
Das führt
im Regelkreis 11B zu einem entsprechenden Anstieg z. B.
am Ausgang des betreffenden Stellgliedes. Die Regelkreise 11A, 11B werden
daher zusätzlich
mit Grenzwertüberwachungen
in Form von Schwellwertschaltern od. dgl. versehen, die beim Erreichen
bzw. Überschreiten
eines vorgewählten Grenzwerts,
insbesondere hinsichtlich des Stroms in der Wicklung des Tragmagneten 7B, über die
Steuerleitung 24 in 3 das Steuerventil 18 in
diejenige Stellung bringen, in der es die Leitung 16 mit
der Entlüftungsleitung 22 verbindet.
Dadurch wird die Luftfeder 4 analog zur obigen Beschreibung
entlüftet,
bis der zugehörige
Druckschalter 26 wiederum das Erreichen des gewünschten
kleineren Luftdrucks anzeigt und das Steuerventil 18 automatisch
wieder von der Entlüftungsleitung 22 abtrennt. Über den
beschriebenen redundanten Pfad wird somit dasselbe Ergebnis wie
mit Hilfe des Steuerventils 17 erreicht.
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Soll
der Druck in der Leitung 16 wieder auf den Soll-Luftdruck
erhöht
werden, kann dies durch Betätigung
des Steuerventils 27 erreicht werden, das dann die Druckluftquelle 15 mit
der Luftfeder 4 verbindet, bis diese den gewünschten
Soll-Luftdruck besitzt. Anschließend wird das Steuerventil 27 wieder geschlossen.
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In
entsprechender Weise wird vorgegangen, wenn der Tragmagnet 7B anstatt
des Tragmagneten 7A ausfällt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das
auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Das gilt insbesondere
für die
beschriebene Lastaufteilung im Bereich der Schwebegestellabschnitte 5 bzw.
der Abstützelemente 5a.
Insbesondere kann diese Lastaufteilung in analoger Weise auch an
beiden Längsseiten
des Magnetschwebefahrzeugs 1 vorgesehen werden, wenn dieses
dazu rechts und links mit entsprechenden Tragmagneten versehen ist.
Wie die Lastverteilung auf die Tragmagnete 7 mit Hilfe
der Luftfedern 4 erfolgt, kann im Prinzip in Abhängigkeit
von den Bedürfnissen
des Einzelfalls entschieden werden. Auch die beispielhaft angegebenen
Luftdrücke
können
durch andere ersetzt werden. Weiterhin kann die Ausbildung der Steuereinrichtung 14 anders,
als in 3 dargestellt ist, vorgenommen werden, wobei insbesondere
die verschiedenen Steuervorgänge
mit Mikroprozessoren od. dgl. gesteuert werden können. Außerdem ist klar, daß alle im
Magnetschwebefahrzeug 1 vorhandenen Luftfedern 4 in
entsprechender Weise gesteuert werden können. Schließlich versteht sich,
daß die
verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und
beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.