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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetschwebebahnsystem
mit Permanentmagneten, insbesodere auf ein Magnetschwebebahnsystem
mit unterirdischer Schiene und Permanentmagneten, wobei sich das
Fahrzeug oberhalb der Erde befindet.
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Stand der Technik
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Das
spurgebundene Stadtverkehrsmittel ist seit langem ein Kennzeichen
der Modernisierung einer Stadt und spielt eine wichtige Rolle im öffentlichen
Verkehrswesen. Gegenwärtig
stellen das U-Bahnsystem und das S-Bahnsystem als wichtiges Verkehrsmittel
in der Stadt dar. Sie weisen sehr viele Vorteile auf, während einige
offensichtliche Mängel bei
solchen Systemen vorhanden sind. Die Baukosten des U-Bahnsystems
sind sehr hoch (500 bis 700 Millionen Yuan (RMB)/km). Die Fahrgäste müssen große Kräfte einsetzen,
um in die Station hineinzugehen oder aus der Station herauszugehen.
Beim S-Bahnsystem ist große
Erdfläche
belegt. Das Schienenbett muß mit
Schotter aufgebaut sein, dies ist ungünstig für den Umweltschutz, außerdem ist
das Geräusch
sehr stark. Die beiden genannten Bahnsysteme weisen folgende gemeinsame
Nachteile auf: starke Schwingung, relativ langsame Fahrgeschwindigkeit,
hohes Energieverbrauch, niedrigen Integrationsgrad der Technik,
die Umwelt unschonende Ausführung
des Baus und lange Dauer des Baus.
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Die
bekannte Magnetschwebetechnik findet meistens für rasches Inter-City-Verkehrsmittel auf höherem Stützpfeiler
ihre Anwendung. Die bekannten Magnetschwebebahnsysteme unterscheiden sich
in folgenden drei Arten:
- 1. Bei dem deutschen
TR-Magnetschwebebahnsystem ist die Magnetschwebetechnik verwendet, wobei
entsprechende Anziehungs-und Schwebekraft mittels Elektromagneten
mit normalem Leiter und Luftschlitz-Sensor erzeugt ist.
- 2. Bei dem japanischen MLX-Magnetschwebebahnsystem ist die Magnetschwebetechnik
verwendet, wobei die Schwebekraft mittels Elektromagneten mit Superleiter
erzeugt ist.
- 3. Bei dem chinesischen Magnetschwebebahnsystem ist die Magnetschwebebahn-
Fahrweg auf höherem
Stützpfeiler-
Stationstechnik in Vakuumröhren
und mit Permanentmagneten zur Ausgleichung verwendet.
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Die
Fahrgeschwindigkeit bei den oben genannten drei Systemen beträgt mehr
als 450km/h und ist nicht für
Stadtverkehrsmittel geeignet, wobei die Entfernung zwischen jeweils
zwei Stationen nur 500-1000m beträgt. In Bezug auf entsprechende ausführliche
Information der oben genannten Technik ist auf das Fachwerk " Magnetschwebebahnsystem und
Technik", Verlag
für chinesische
Wissenschaft und Technik, herausgegeben im November 2003, und auf
die Patentschrift ZL00105737.5 mit der Bezeichnung "Magnetschwebebahn-
Fahrweg auf höherem
Stützpfeiler-
Stationssytem in Vakuumröhren und
mit Permanentmagneten zur Ausgleichung" verwiesen.
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Inhalt der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetschwebebahnsystem
mit Permanentmagneten anzugeben, wobei sein Bau kostengünstig, es
in der Lage ist, den öffentlichen
Stadtverkehrsbedürfnissen
zu entsprechen, die Transportkapazität erhöht ist, und die Fahrgeschwindigkeit
ca. 300km/h beträgt.
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Erfindungsgemäß ist die
Aufgabe gelöst durch
ein Magnetschwebebahnsystem, bestehend aus einem unterirdischen
Fahrwegteil und einem Fahrzeugteil,
wobei beim Fahrwegteil
ein unterirdisches armiertes betoniertes Kanal mit Doppelrohr vorgesehen
ist, jedes Rohr durch eine schlitzförmige Öffnung mit dem freien Raum
oberhalb der Erde verbunden ist;
eine Magnetleitungsflügelschiene
auf beiden Seiten jedes Rohres angeordnet ist, eine Führungsschiene in
der Mitte der Magnetleitungsflügelschiene
gebildet ist;
eine Magnetleitungsplattenschiene auf der Oberseite im
Inneren des Rohres des Kanals jeweils beideseits der schlitzförmigen Öffnung angeordnet
ist;
wobei der Fahrzeugteil aus einer unterirdischen Antriebskabine
und einem Fahrzeugkörper
oberhalb der Erde besteht, die Antriebkabine und der Fahrzeugkörper miteinander
durch einen durch einen plattenförmigen
Trägersteg
einstückig
verbunden sind;
die Antriebskabine als zwei symmertrisch angeordnete
Kabinenkörper
gestaltet ist, die jeweils in einem Rohr aufgenommen sind;
ein
Flügelpermanentmagnet
jeweils auf beiden äußeren Seiten
der Antriebskabine montiert ist, jedes Flügelpermanentmagnet einen oberen
und einen unteren Teil umfaßt,
ein Spalt zwischen dem oberen und dem unteren Teil vorgesehen ist,
wobei ein Teil als N-Pole gestaltet ist, während der andere Teil als S-Pole
gestaltet ist, der Abstand zwischen dem Flügelpermanentmagnet und der
Magnetleitungsflügelschiene
5-35mm beträgt,
so daß eine
Anziehungs-und Schwebekraft zur Ausgleichung in Richung nach oben
oder nach unten erzeugt ist;
ein oberes Permanentmagnet auf
der äußeren oberen
Seite der Antriebskabine angeordnet ist, der Abstand zwischen dem
oberen Permanentmagnet und der Magnetleitungsplattenschiene auf
der Oberseite im Inneren des Rohres 20-160mm beträgt, wobei eine
Schwebekraft gegen die Richtung der Schwerkraft erzeugt ist;
ein
Trägersteg
am Basisteil im Inneren der Antriebskabine befestigt , durch die schlitzförmige Öffnung geführt und
mit der Unterseite des Fahrzeugkörpers oberhalb
der Erde verbunden ist;
innerhalb der Antriebskabine eine Antriebseinheit
angeordnet ist, die ein Antriebsrad, einen Antriebsmotor, eine Fahrzeugstromversorgung
und ein Umwandlungskontrollsystem umfaßt und sich im mittleren Bereich
der Antriebskabine befindet;
zwei ortsfeste Flaschenzüge an beiden
Enden im Inneren der Antriebskabine angeordnet sind;
wobei
das Fahrzeug des Magnetschwebebahnsystem bei der Fahrt unter der
Wirkung der Schwebekraft und der Ausgleichungskraft im Schwebezustand bleibt,
der ortsfeste Flaschenzug und das Antriebsrad sich in einer selben
horizontalen Ebene befinden und Kontakt mit der Führungsschiene
auf beiden Seiten des Rohres haben, so daß das Fahrzeug unter Kontrolle
gerade in der Mitte zwischen zwei äußren Magnetleitungsflügelschienen
positionierbar ist.
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Die
Antriebskabine ist aus Legierung hergestellt.
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Die
Magnetleitungsplattenschiene und die Magnetleitungsflügelschiene
sind aus ferromagnetischem Stahlblech hergestellt.
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Das
obere Permanentmagnet ist auf der Magnetleitungsbasisplatte befestigt,
die auf der äußeren oberen
Seite der Antriebskabine angeordnet ist.
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Ein
Gleitschuh ist jeweils an beiden äußeren Enden der Magnetleitungsbasisplatte
angeordnet.
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Das
Flügelpermanentmagnet
ist auf einer Flügelmagnetbasis
befestigt, die auf beiden äußeren Seiten
der Kabine angeordnet ist.
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Der
Fahrzeugkörper
ist als Fahrgästekabine oder
als Gütterkabine
gestaltet.
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Der
Fahrzeugkörper
ist aus Legierung, Glas oder mit Glasfaser verstärktem Kunststoff hergestellt und
stromlinienförmig
gestaltet.
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Der
plattenförmige
Trägersteg
ist aus einer Legierung hergestellt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 das
Magnetschwebebahnsystem nach der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht dargestellt;
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2 der
unterirdische Fahrwegteil nach der vorliegenden Erfindung in Schnitt
schematisch dargestellt;
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3 der
Fahrzeugkörper
nach der vorliegenden Erfindung in Schnitt schematisch dargestellt;
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4 das
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang B-B schematisch dargestellt;
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5 das
Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang A-A schematisch dargestellt.
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Bevorzugte Ausführungsform
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung an Hand der Zeichungen näher erläutert. Die
nachfolgende Erläuterung
sollte nicht als die Beschränkung der
vorliegenden Erfindung angesehen werden.
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In 1 ist
der sich oberhalb der Erde befindende Teil des gesamten erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystems
in Seitenansicht dargestellt, wobei die Lokomotive 1 stromlinienförmig gestaltet
ist, und der entsprechende Übergang
zwischen der Fahrzeugtür 2 und
dem Fahrzeugfenster 3, und der Verkleidung 4 der
Karosserie einfluchtend zur Verminderung des Luftwiderstandes bei
der Fahrt gestaltet ist.
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Wie
in 2 dargestellt, ist ein unterirdisches Kanal 6 mit
Doppelrohr als Rahmenstruktur 5 aus armiertem Beton gestaltet.
Auf der Oberseite jedes Rohres des Kanals 6 ist jeweils
eine schlitzförmige Öffnung 7 mit
einer Breite von ca. 30-120mm zur Verbindung mit dem freien Raum
oberhalb der Erde vorgesehen.
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Eine
Magnetleitungsplattenschiene 8 aus ferromagnetischem Stahlblech
ist auf der Oberseite im Inneren des Rohres jeweils beideseits der
schlitzförmigen Öffnung 7 angeordnet.
Die Magnetleitungsplattenschiene 8 ist mittels Schrauben
an einem Stück
befestigt ist, das im voraus an der oberen Wand des Rohres des Kanals 6 eingebettet
ist. Eine Magnetleitungsflügelschiene 9 aus
ferromagnetischem Stahlblech ist jeweils auf beiden Seiten jedes Rohres
angeordnet. Die Magnetleitungsflügelschiene 9 ist
mittels Schrauben an einem Stück
befestigt, das im voraus an der Seitenwand des Rohres des Kanals 6 eingebettet
ist. Eine Führungsschiene 10 ist als
Nut in der Mitte der Magnetleitungsflügelschiene 9 gebildet.
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Wie
in 3 dargestellt, besteht das Fahrzeug nach der vorliegenden
Erfindung im wesentlichen aus einem unterirdischen Teil und einem
Teil oberhalb der Erde. Der Teil oberhalb der Erde ist als Fahrgästekabine
(bzw. Gütterkabine) 11 gestaltet. Die
Karosserie der Fahrgästekabine 11 ist
gleich wie bei normalen Fahrgästekabinen
gestaltet. Die Anstriebskabine 12 ist bei der vorliegenden
Erfindung unter der Erde angeordnet. Die Fahrgästekabine (bzw. Gütterkabine) 11 und
die unterirdische Antriebskabine 12 sind mittels eines
durch die schlitzförmige Öffnung 7 plattenförmigen Trägerstegs 13 aus
einer Legierung miteinander einstückig verbunden. Der plattenförmige Trägersteg 13 erstreckt
sich von dem Basisteil im Inneren der Antriebskabine 12 zur
Unterseite der Fahrgästekabine 11.
Dadurch sind die Festigkeit und die Stabilität des ganzen Fahrzeuges verbessert.
Im Inneren der Antriebskabine 12 ist eine Antriebseinheit
angeordnet, die aus einem Antriebsrad 19, einem Antriebsmotor 20,
einer Fahrzeugstromversorgung und einem Umwandlungssystem besteht,
wobei das Antriebsrad 19 mit dem Antriebsmotor 20 koaxial
verbunden ist und über
einen Radträger 21 an
dem plattenförmigen
Trägersteg 13 und
an der Kabinewand 22 der Antriebskabine 12 befestigt ist.
Da die Fahrzeugstromversogung und das Umwandlungssystem zu den konventionellen
Bauteilen der bekannten Elektolokomitive gehöhren und keinen Schwerpunkt
der vorliegenden Erfindung bilden, werden sie in Zeichnungen nicht
dargestellt. Die Antriebseinheit befindet sich im mittleren Bereich
der Antriebskabine 12, nämlich an der Stelle, die in 1 mit
A-A angemerkt ist. Aus 1 ist es erkannt, daß sich die
Antriebseinheit in der Mitte des geamten Fahrzeuges befindet.
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In 4 ist
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang B-B schematisch dargestellt. Der ortsfeste Flaschenzug 24 ist über den Radträger 21 an
dem plattenförmigen
Trägersteg 13 und
an der Kabinenwand 22 der Antriebskabine befestigt. Bei
der vorliegenden Erfindung ist jeweils ein ortsfester Flaschenzug
zur Führung
an beiden Enden der Antriebskabine angeordnet. Die ortsfesten Flaschenzüge 24 zur
Führung
und das Antriebsrad 19 befinden sich in einer selben horizontalen
Ebene und haben Kontakt mit der Führungsschiene 10 auf
beiden Seiten des Rohres des Kanals, so daß der Freiheitsgrad der Bewegung
der Antriebskabine 12 nach links oder nach rechts definiert
ist und das Fahrzeug damit in der Mitte zwischen zwei äußeren Magnetleitungsflügelschienen
positionierbar ist. Bei den konventionellen Elektrolokomotiven sind
sowohl an dem vorderen Ende als auch an dem hinteren Ende entsprechende
Antriebräder
angeordnet. Bei der Fahrt in beiden Richtungen dienen solche Antriebräder zum
Antreiben, zur Führung
und zum Tragen des Fahrzeugkörpers.
Man kann damit rechnen, daß die Herstellungskosten
und das Eigengewicht des Fahrzeuges zugenommen werden, wenn die
Zahl der Antriebsräder
um ein Paar von Antriebrädern
zugenommen ist. Zusätlzich
wird die Zunahme des Eigengewichtes auch zur Erhöhung des Energieverbrauchs führen. Bei
der vorliegenden Erfindung ist das traditionelle Konzept für die Anordnung
des Antriebs-und Führungsmechnismus
der konventionelle Elektrolokomotive verworfen, und ist das Antriebsmechnismus
in dem mittleren Bereich der Lokomotive angeordnet, während an
beiden Enden der Lokomotive jeweils ein ortsfester Flaschenzug als
Führungsmechnismus
vorgesehen ist. Dadurch sind die Hestellungskosten und das Eigengewicht
der Lokomotive erheblich reduziert.
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Auf
der äußeren oberen
Seite der Antriebskabine 12 ist eine Magnetleitungsbasisplatte 15 angeordnet,
auf der das obere Permanentmagnet 14 mittels Schrauben
befestigt ist. An beiden Enden der Magnetleitungsbasisplatte 15 ist
jeweils ein Gleitschuh 16 angeordnet. Auf beiden äußeren Seiten
der Antriebskabine 12 ist jeweils eine Magnetleitungsbasis 18 bfestigt,
auf der das Flügelpermanentmagnet 17 mittels
Schrauben befestigt ist. Das Flügelpermanentmagnet 17 ist
in zwei Teilen geteilt, wobei ein Teil davon als N-Pole gestaltet
ist, während
der andere Teil als S-Pole gestaltet ist, und eine Spalte zwischen beiden
Teilen vorgesehen ist.
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Zwischen
dem oberen Permantmagnet 14 an der Antriebskabine 12 und
der Magnetleitungsplattenschiene 8 auf der oberen Seite
im Inneren des Rohres ist ein Luftschlitz von 20 bis 160mm vorgesehen,
so daß eine
Schwebekraft gegen die Richtung der Schwerkraft erzeugt ist. Die
auf beiden Seiten der Antriebskabine 12 angeordneten Flügelpermanentmagneten 17 befinden
sich gegenüber
den auf beiden inneren Seiten des Rohres angeordneten Magnetleitungsfügelschienen 9 und
zwischen beiden ist ein Luftschlitz von 5 bis 35mm vorgesehen. Wenn sich
das Flügelpermanentmagnet 17 und
das Magnetleitungsflügelschiene 9 in
einer gleichen horizontalen Höhe
befinden , nämlich
wenn die Größe der Schwebekraft
zwischen dem oberen Permanentmagnet 14 und der Magnetleitungsplattenschiene 8 der Größe der Schwerkraft
des Fahrzeuges entspricht, während
ihre Wirkungsrichtung umgekehrt ist, ist zwischen dem Flügelpermanentmagnet 17 und
der Magnetleitungsflügelschiene 9 keine
Wirkungskraft vorhanden, die parallel zu der Schwerkraft wirkt,
ist die erreichte Höhe
als Höhe
des Balancepunktes bezeichnet. Wenn sich das Flügelpermanentmagnet 17 höher als
das Magnetleitungsflügelschiene 9,
nämlich
oberhalb des Balancepunktes befindet, das heißt, daß die Schwerkraft des Fahrzeuges
kleiner als die Schwebekraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 14 und
der Magnetleitungsplattenschiene 8 ist, richtet sich die
Wirkungskraft zwischen dem Flügelpermanentmagnet 17 und
dem Magnetleitungsflügelschiene 9 in
senkrechter Richtung nach unten, nämlich gegen die Richtung der
Wirkungskraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 14 und dem
Magnetleitungsplattenschiene 8. Wenn sich das Flügelpermanentmagnet 17 tiefer
als das Magnetleitungsflügelschiene 9,
nämlich
unterhalb der Höhe des
Balancepunktes befindet, das heißt, daß die Schwerkraft des Fahrzeuges
größer als
die Schwebekraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 14 und
der Magnetleitungsplattenschiene 8 ist, richtet sich die
Wirkungskraft zwischen dem Flügelpermanentmagnet 17 und
dem Magnetleitungsflügelschiene 9 in
senkrechter Richtung nach oben, nämlich in gleicher Richtung
der Wirkungskraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 14 und
dem Magnetleitungsplattenschiene 8. Kurz gesagt, ist das
Anziehungs-Schwebemechnismus
aus dem oberen Permanentmagnet 14 und der oberhalb dessen
angeordneten Magnetleitungsplattenschiene 8 gebildet, um
eine Anziehungs-und Schwebekraft für das Fahrzeug zu erzeugen,
während
das Flügelpermanentmagnet 17 und
die Magnetleitungsflügelschiene 9 zusammenwirken,
um eine Anziehungs-und Schwebekraft zur Ausgleichung in Richtung
nach unten oder nach oben zu erzeugen. Die beiden Kräfte wirken zusammen,
so daß eine
vorgesehene Schwebewirkung mit doppeler Anziehung zur Ausgleichung erreicht
ist und das Fahrzeug in vorgesehener Höhe positioniert ist. Wenn die
Schwebekraft ausfällt,
kann das Fahrzeug noch weiter mittels Gleitschuhe 16 entlang
die oberen Kanten der Magnetleitungsflügelschiene 9 schiebbar
sein, so daß die
Fahrsicherheit gewährleistet
ist.
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In
der Antriebskabine 12 sind zusätzlich eine Fahrzeugstromversorgung 25 und
ein Umwandlungskontrollsystem 26 angeordnet.
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In 5 ist
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang A-A dargestellt,
wobei das ganze System der vorliegenden Erfindung schematisch gezeig
ist. Diese Zeichnung wird zum eingehenden Verständnis der vorliegenden Erfindung
beitragen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Fahrgästekabine (Gütterkabine) 11 als
Kabinenkörper
zur Aufnahme der Fahrgäste
oder Gütter
gestaltet. Auf dem Prinzip der Strukturdynamik ist der Kabinenkörper stromlinienförmig gestaltet,
und kann aus Legierung, Glas oder mit Glasfaser verstärktem Kunststoff hergestellt
werden.
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Bei
der Fahrt befindet sich das Fahrzeug der vorliegenden Erfindung
unter der Wirkung der Anziehungs-und Schwebekraft und der Schwebekraft
zur Ausgleichung in Richtung nach oben oder nach unten im Schwebezustand,
wobei das Antriebsrad 19 durch den Antriebsmotor 20 zur
Bewegung des Fahrzeuges angetrieben, und die Führung des Fahrzeuges durch
die ortsfesten Flaschenzüge 24 durchgeführt ist.
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Im
Vergleich zu dem U-Bahnsystem weist das Magnetschwebebahnsystem
nach der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile auf:
- 1. Ein hohe Sicherheit ist erreicht. Beim U-Bahnsystem ist die
Schiene in konzentrierter Weise belastet, so daß es leicht zur Materialermüdung führt und
es potentielle Gefahr des Unfalls, der Entgleisung und des Umkippens
gibt. Beim erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystem
ist die Belastung durch magnetisches Feld gleichmäßig verteilt,
so daß das
Material nicht leicht ermüdet wird,
die Möglichkeit
des Unfalls erheblich vermindert ist. Da die Antriebskabine im Kanal
aufgenommen ist, sind die Unfälle
der Entgleisung und des Umkippens vollständig vermieden.
- 2. Das Energieverbrauch ist reduziert. Bei dem erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystem ist
der Schwebezustand des Fahrzeuges in senkrechter Richtung durch
Magnetfeldkräfte
erreicht, so daß der
Reibungswiderstand und der Luftwiderstand abgenommen sind. Bei der
Fahrt im Geschwindigkeitsbereich von weniger als 300km/h wird die
Energie um 30% im Vergleich zu dem konventionellen Radschienensystem
eingespart.
- 3. Eine hohe Geschwindigkeit und ein reduziertes Geräusch sind
erreicht. Bei dem konventionellen U-Bahnsystem ist die Geschwindigkeit
von ca. 50-100km/h
erreicht, während
bei der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit von 300km/h erreicht
ist. Außerdem
ist das Geräusch
um 50% reduziert.
- 4. Die Gesamtbaukosten sind reduziert. Bei dem U-Bahnsystem
betragen die Baukosten pro Kilometer 500-700 Millionen Yuan (RMB),
während bei
der vorliegenden Erfindung die Baukosten pro Kilometer 40 Millionen
Yuan (RMB) betragen.
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Außerdem sind
eine hervorragende Umweltschutzwirkung erreicht. Beim S-Bahnsystem ist das Schienenbett
mit Schotter aufgebaut und fährt
das Fahrzeug entlang die freie Schiene. Bei der vorliegenden Erfindung
kann die Erde mit verschiedener Wiese 23 bedeckt werden,
so daß es
sehr günstig
für die
Aufforstung der Stadt ist. Wenn das Fahrzeug fährt, sheint es, daß das Fahrzeug
oberhalb der Wiese "fliege".