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Die
Erfindung betrifft ein Magnetschwebefahrzeug der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Magnetschwebefahrzeuge
dieser Art verfügen über eine
Mehrzahl von in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten, hier
kurz als Rahmen bezeichneten Schweberahmen, auf denen mittels Sekundärfedern,
die als Luftfedern ausgebildet sind, ein Wagenkasten montiert ist.
Die Rahmen weisen Gestellbügel
auf, an denen Tragmagnetanordnungen mittels Primärfedern abgestützt sind.
Beim Schwebebetrieb werden diese Primärfedern auf Druck beansprucht,
da die Tragmagnetanordnungen hier die Gestellbügel und damit auch die Rahmen über die
Primärfedern
in den Schwebezustand anheben, um dadurch zwischen sich und dem
Fahrweg einen z. B. 10 mm großen
Tragspalt aufrechtzuerhalten. In einem auf den Fahrweg abgesetzten
Zustand des Magnetschwebefahrzeugs ist dieses dagegen mittels Gleitkufen
auf dem Fahrweg abgestützt,
so dass die Magnetanordnungen an den Gestellbügeln hängen und daher aufgrund ihres
Eigengewichts die Primärfedern
auf Zug beanspruchen.
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Die
Primärfedern
sind vorzugsweise als Gummi/Metall-Schubfedern ausgebildet, damit
sie hohe Drucklasten übertragen
können.
Das hat konstruktionsbedingt zur Folge, dass sie nur geringe Zugkräfte aufnehmen
können
und beim Auftreten von Störkräften reißen. Diese
Eigenschaft wird in vorteilhafter Weise dazu genutzt, um bei Kollisionen
des Magnetschwebefahrzeugs, die zu einer zwangsweisen Aufweitung
des Tragspalts um z. B. 10 mm und mehr führen, die aus Aluminiumdruckguss
od. dgl. bestehenden, vergleichsweise kostspieligen Rahmen vor Überbeanspruchungen
zu bewahren und Risse in ihnen zu vermeiden.
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Das
Reißen
einer Primärfeder
hat allerdings auch eine nachteilige Wirkung. Diese besteht darin, dass
es aufgrund des plötzlichen
Freiwerdens der in der gespannten Feder gespeicherten Energie sowie aufgrund
des Abfallen der Magnetanordnung zu Kollisionen zwischen dem Gestellbügel und
dem Magnetrückenkasten
kommen kann und daher diese Bauteile beschädigt werden.
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Zur
Vermeidung dieses Nachteils ist vorgeschlagen worden, zwischen dem
Magnetrückenkasten
und dem Gestellbügel
eine weitere Feder vorzusehen, die beim Versagen der Primärfeder die
genannten Kollisionen vermeidet. Das würde jedoch dazu führen, dass
die zusätzliche
Feder im Gegensatz zur Primärfeder
beim Schwebezustand auf Zug und im abgesetzten Zustand auf Druck
beansprucht wird. Als Folge davon würden sich Probleme bei der Abstimmung
der Federeigenschaften ergeben. Werden die zusätzlichen Federn nämlich zu
stark gewählt,
könnte
sich dies einerseits ungünstig
auf die Fahreigenschaften auswirken und andererseits sogar das gewünschte Reißen der
Primärfedern
verhindern, da diese durch die zusätzlichen Federn zum Teil unwirksam
gemacht werden. Zu schwache zusätzliche
Federn würden
dagegen nicht wesentlich dazu beitragen können, die oben beschriebenen Bauteilkollisionen
zu vermeiden. Federanordnungen dieser Art haben sich daher nicht
bewährt.
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Ausgehend
davon liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, das Magnetschwebefahrzeug
der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass unerwünschte Aufweitungen
des Tragspalts über
dessen Sollwert hinaus weder zu Beschädigungen des Schweberahmens
noch zu Kollisionen zwischen dem Magnetrückenkasten und dem Gestellbügel führen.
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Zur
Lösung
dieses Problems sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Primärfeder auch
weiterhin als Sollbruchstelle wirken kann, so dass zwangsweise Spaltvergrößerungen
möglich
sind und zu einem Versagen der Primärfeder führen, ohne den Rahmen oder
andere Strukturteile zu beschädigen.
Gleichzeitig werden aber auch Kollisionen zwischen dem Magnetrückenkasten
und dem Gestellbügel
sicher vermieden, so dass es auch an diesen teuren Bauteilen zu
keinen ernsthaften Schäden
kommen kann. Darüber
hinaus wird erreicht, dass im Schwebezustand keine Beeinträchtigung
des Fahrkomforts eintritt, da das erfindungsgemäße Pufferelement während des Schweben
unwirksam ist.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an einem bisher für
am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
einen Teilschnitt durch ein übliches
Magnetschwebefahrzeug im Bereich eines mit einem Langstator versehenen
Fahrwegs;
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2 ein
Magnetmodul mit einer Trag- und Führmagnetanordnung sowie mit
zwei Gestellbügeln;
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3 einen
teilweisen Querschnitt durch den Magnetrückenkasten nach 2 und
einen Montageabschnitt des Gestellbügels im Schwebezustand;
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4 eine
Vorderansicht des Magnetrückenkastens
von links in 3; und
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5 einen
der 3 entsprechenden Teilschnitt beim Versagen einer
Primärfeder.
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1 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch ein Magnetschwebefahrzeug 1,
das in üblicher Weise
auf einem in Längsrichtung
einer Trasse verlaufenden Fahrweg fahrbar montiert ist, der aus
Stahl und/oder Beton hergestellte Träger 2 und auf diesen montierte
Gleitleisten 3 enthält.
Der Antrieb des Magnetschwebefahrzeugs 1 erfolgt mittels
eines Langstatormotors, der unterhalb der Gleitleisten 3 befestigte,
in deren Längsrichtung
aufeinander folgende Statorpakete 4 aufweist. Die Statorpakete 4 weisen
abwechselnd aufeinander folgende, nicht dargestellte Zähne und
Nuten auf, in die Wicklungen eingelegt sind, die mit Drehstrom variabler
Amplitude und Frequenz gespeist werden. Das eigentliche Erregerfeld
des Langstatormotors wird durch wenigstens eine Tragmagnetanordnung 5 erzeugt,
die mit wenigstens einem seitlichen Gestellbügel 6 am Magnetschwebefahrzeug 1 befestigt
ist und den in 1 nach unten offenen Nuten der
Statorpakete 4 zugewandte Magnetpole aufweist. Die Tragmagnetanordnung 5 stellt
nicht nur das Erregerfeld bereit, sondern erfüllt auch die Funktion des Tragens
und Schweben, indem sie beim Betrieb des Magnetschwebefahrzeugs 1 einen
vorgegebenen Tragspalt 7 von z. B. 10 mm zwischen sich
und den Statorpaketen 4 aufrecht erhält.
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Zur
Spurführung
des Magnetschwebefahrzeugs 1 weist der Träger 2 seitlich
angebrachte Führschienen 8 auf,
denen wenigstens eine ebenfalls an den Gestellbügeln 6 montierte Führmagnetanordnung 9 gegenübersteht,
die beim Betrieb dazu dient, zwischen sich und der Führschiene 8 einen
dem Spalt 7 entsprechenden Spalt 7a aufrechtzuerhalten.
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Gemäß 2 bilden
die Tragmagnetanordnung 5 und die Führmagnetanordnung 9 jeweils
ein an den Gestellbügeln 6 befestigtes
Modul für
die Funktionen "Tragen" bzw. "Führen". Es ist jedoch klar, dass am Magnetschwebefahrzeug 1 seitlich
nebeneinander und in Fahrtrichtung hintereinander in der Regel eine
Vielzahl derartiger Module angebracht sein kann.
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Die
Tragmagnetanordnung 5 enthält im Ausführungsbeispiel zwölf hintereinander
angeordnete Magnetpole 10, deren nicht dargestellte Kerne
und elektrisch in Reihe geschaltete Wicklungen normalerweise rundum
von einem Korrosionsschutz in Form einer Gießharzschicht od. dgl. umgeben
sind. Die Kerne der einzelnen Magnetpole 10 sind untereinander
durch nicht gezeigte Polrücken
miteinander und mittels ebenfalls nicht dargestellter Polwangen
und diese durchragender Stäbe
an einem Magnetrückenkasten 11 der
Tragmagnetanordnung 5 befestigt. An diesem Magnetrückenkasten 11 greifen über Primärfedern
die Gestellbügel 6 an,
die mit einem biegesteifen, Längs- und Querverbinder
aufweisenden und hier kurz als Rahmen 12 bezeichneten Untergestell bzw.
Schweberahmen (1) verbunden sind, auf dem ein
mit einer Fahrgastzelle versehener Wagenkasten 14 des Magnetschwebefahrzeugs 1 (1) abgestützt ist.
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Magnetschwebefahrzeuge
1 und
deren Magnetanordnungen sind dem Fachmann z. B. aus den Druckschriften
DE 39 17 058 C1 ,
DE 39 28 278 A1 und
DE 10 2004 012 746
A1 allgemein bekannt, die hiermit der Einfachheit halber
durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.
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3 und 4 zeigen
Einzelheiten der mechanischen Verbindung zwischen einem der Gestellbügel 6 und
dem Magnetrückenkasten 11.
Der Magnetrückenkasten 11 weist
eine durchgehende Aussparung bzw. Öffnung 15 auf, die
zur Aufnahme eines Montageabschnitts 6a des Gestellbügels 6 dient.
Der Montageabschnitt 6a besteht z. B. aus einem flachen,
als Hohlkörper
ausgebildeten Bauteil, in dem zwei Primärfedern 16 untergebracht
sind. Die Primärfedern 16 sind
vorzugsweise aus Metall und Gummi hergestellte Schubfedern und an
ihren Enden mit wenigstens je einem Stehbolzen 17 bzw. 18 versehen.
Einer dieser Stehbolzen 17 durchragt jeweils ein in einem
Deckenteil des Montageabschnitts 6a ausgebildetes Schraubloch.
Mittels je einer auf die Stehbolzen 17 aufgedrehten Mutter 19 werden
die Primärfedern 16 am
Gestellbügel 6 fixiert.
Die an den entgegengesetzten Enden der Primärfedern 16 vorgesehenen
Stehbolzen 18 werden nach der Einführung des Montageabschnitts 6a in
die Aussparung 15 durch Schraublöcher gesteckt, die in einem
im Magnetrückenkasten 11 befestigten
Montageflansch 20 ausgebildet sind, und durch auf sie aufgedrehte
Mutter 21 an diesem fixiert. Auf diese Weise sind die Primärfedern 16 fest
zwischen dem Magnetrückenkasten 11 und
dem Montageabschnitt 6a eingespannt.
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An
einer im Ausführungsbeispiel
symmetrisch zwischen den beiden Primärfedern 16 gelegenen
Stellen ist erfindungsgemäß ein Pufferelement 22 vorgesehen.
Dieses ist vorzugsweise auf der von den Primärfedern 16 abgewandten
Seite des Montageabschnitts 6a derart angeordnet, dass
zwischen seiner Oberseite und einer oberen Abschlusswand 11a des
Magnetrückenkastens 11 normalerweise
ein vorgewählter
Abstand besteht. Eine Unterseite des Pufferelements 22 ist
mittels wenigstens einer Befestigungsschraube 23, die das
Deckenteil des Montageabschnitts 6a durchragt, an diesem
befestigt.
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Die
Betriebsweise des erfindungsgemäßen Magnetschwebefahrzeugs 1 ist
im wesentlichen wie folgt:
Zur Herstellung des Schwebezustands
wird der Magnetrückenkasten 11 durch
Einschaltung der Tragmagnetanordnung 5, in Richtung eines
Pfeils v (3) angehoben.
Dadurch werden die Primärfedern 16 auf Druck
beansprucht, da sie gegen den Montageabschnitt 6a gedrückt werden
und diesen zusammen mit dem Gestellbügel 6, dem mit diesem
verbundenen Rahmen 12 und dem darauf abgestützten Wagenkasten 14 anheben.
In dieser Betriebsart besteht zwischen dem Pufferelement 22 und
der Abschlusswand 11a ein Spalt der Größe S1 (3), so dass das
Pufferelement 22 wirkungslos ist. Gleichzeitig bestehen
zwischen Funktionsteilen 6b des Gestellbügels 6 und
Funktionsteilen 11b des Magnetrückenkastens 11 weitere
Spalte mit einem Maß S2
(3), die konstruktionsbedingt einen bestimmten
Höchstwert
nicht überschreiten.
dürfen.
Erfindungsgemäß gilt im
Hinblick auf diese Spalte außerdem
S1 < S2.
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Zur
Herstellung des abgesetzten Zustandes wird die Tragmagnetanordnung 5 abgeschaltet
und das Magnetschwebefahrzeug 1 mit nicht dargestellten
Kufen auf dem Fahrweg abgesetzt. In diesem nicht gezeigten Zustand
ist die Lage des Gestellbügels 6 fest
vorgegeben, so dass der Magnetrückenkasten 11 und
mit ihm die Tragmagnetanordnung 5 an den Primärfedern 16 hängen und
diese in Richtung eines Pfeils w in 3 auf
Zug beanspruchen. Dadurch werden die Größen der Spalte S1 und S2 um
die Größe desjenigen
Maßes
reduziert, um das die Primärfedern 16 im
Schwebezu stand eingedrückt worden
waren (= elastische bzw. statische Einfederung). Die Anordnung ist
jedoch so getroffen, dass einerseits die Primärfedern 16 das Gewicht
des Magnetrückenkastens 11 tragen
können,
ohne zu versagen, und andererseits weder die Abschlusswand 11a auf
dem Pufferelement 22 aufsitzt noch die Funktionsteile 11b, 6b sich
gegenseitig berühren.
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Ein
kritischer und für
die Erfindung relevanter Zustand tritt ein, wenn während der
Fahrt des Magnetschwebefahrzeugs 1 aufgrund eines unvorhergesehenen
Ereignisses der Tragspalt 7 (1) gewaltsam
auf ein Maß von
z. B. 20 mm bis 30 mm vergrößert wird.
Die Ursache für
ein solches Aufweiten kann z. B. ein Stein oder ein anderes, in
den Tragspalt 7 gelangendes Hindernis sein. In einem solchen
Störfall
versucht daher die Magnetanordnung 5, den Bügel 6 mit
nach unten zu ziehen, wodurch die betreffenden Primärfedern 16 über ein
vorgegebenes Höchstmaß hinaus
auf Zug beansprucht werden mit der Folge, dass sie reißen. Da
hierdurch die in den Primärfedern 16 gespeicherte
Energie abrupt frei wird, federn einerseits der Gestellbügel 6 und
sein Montageabschnitt 6a zurück in Richtung des Pfeils v, während andererseits der Magnetrückenkasten 11 durch
sein Eigengewicht nach unten fällt
(Pfeil w in 3).
Um zu vermeiden, dass aufgrund dieser Bewegungen die Funktionsteile 11b, 6b gegeneinander schlagen
und bleibende Verformungen oder andere Beschädigungen verursachen, ist die
Dicke des Pufferelements 22 so gewählt, dass die obere Abschlusswand 11a des
Magnetrückenkastens 11 unmittelbar
nach dem Versagen der Primärfeder(n) 16 am
Pufferelement 22 anschlägt
und dadurch ein weiteres Annähern
des Magnetrückenkastens 11 und des
Gestellbügels 6 bzw.
der Funktionsteile 11b, 6b aneinander verhindert.
Zur Vermeidung eines zu harten Aufpralls ist das Pufferelement 22 vorzugsweise aus
einem Elastomer, z. B. einem geeigneten Polyurethan hergestellt,
so dass es als kontrollierter Anschlag wirkt.
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Der
sich im Fall des Versagens der Primärfeder(n) 16 ergebende
Zustand ist in 5 durch einen Spalt der Größe S3 zwischen
zwei durch Reißen
entstandenen Federteilen dargestellt. Die Abschlusswand 11a sitzt
jetzt auf dem Pufferelement 22 auf, während gleichzeitig zwischen
den Funktionsteilen 11b, 6b noch ein um das Maß S1 reduzierter Spalt
S4 = S2 – S1
vorhanden ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung wird
daher einerseits erreicht, dass die Primärfedern 16 beim Auftreten der
beschriebenen Störungen
reißen
und damit als Sollbruchstellen wirken, die eine Verformung des Rahmens 12 verhindern
und gleichzeitig einen Durchgang des Hindernisses durch den Tragspalt 7 ermöglichen.
Andererseits ist das Pufferelement 22 so eingerichtet,
dass auch Berührungen zwischen
kritischen Teilen 11b, 6b des Magnetrückenkastens 11 und
des Gestellbügels 6 verhindert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das
auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere ist klar,
dass längs
des Magnetschwebefahrzeugs eine Mehrzahl von mit Tragmagnetanordnungen
5 versehenen
Magnetrückenkästen
11 vorhanden
und jeder Magnetrückenkasten
11 durch
wenigstens je einen, vorzugsweise entsprechend
2 durch
zwei oder mehr Gestellbügel
6 mit
dem Rahmen
12 verbunden sein kann. Der Rahmen
12 kann
seinerseits in Längsrichtung
des Magnetschwebefahrzeugs
1 in bekannter Weise aus einer
Vielzahl von Abschnitten bestehen (z. B.
DE 10 2004 12 747 A1 ),
die durch die beschriebenen Tragmagnetanordnungen
5 und
Magnetrückenkästen
11 gelenkig
miteinander verbunden sind. In allen diesen Fällen kann jeder einzelne Gestellbügel
6 auf
die beschriebene Weise mit einem Pufferelement
22 versehen
werden. Weiterhin ist es möglich,
jeden Gestellbügel
6 mit
nur einer Primärfeder
16 oder
mit mehr als zwei Primärfedern
16 an
einem zugeordneten Magnetrückenkasten
11 abzustützen. In
entsprechender Weise können
die Gestellbügel
6 mit
je zwei oder mehr gleichartigen Pufferelementen
22 versehen
und/oder die Pufferelemente
22 im Vergleich zu
3 bis
5 an
einer anderen Stelle des Gestellbügels
6 angeordnet
werden. Denkbar wäre
es weiter, die Pufferelemente
22 am Magnetrückenkasten
11,
z. B. an dessen Abschlusswand
1la, anstatt am Montageabschnitt
6a zu befestigen.
Schließlich
versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als
den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden
können.