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Die Erfindung betrifft eine Schienenanlage, umfassend ein entlang einer Schienenstrecke bewegbares Schienenfahrzeug.
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Es ist allgemein bekannt, dass Schienenanlagen ein entlang einer Schienenstrecke bewegbares Schienenfahrzeug umfassen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit möglichst geringer Masse weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schienenanlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Schienenanlage, umfassend ein entlang einer Schienenstrecke bewegbares Schienenfahrzeug,
insbesondere wobei die Schienenstrecke aus Schienenteilen zusammengesetzt ist,
sind, dass das Schienenfahrzeug einen Elektromotor aufweist, mittels dessen das Schienenfahrzeug antreibbar ist, insbesondere in Schienenrichtung bewegbar entlang der Schienenstrecke,
wobei eine oder mehrere Polradscheibenanordnung stationär, insbesondere also mit der Schienenstrecke verbunden, angeordnet ist oder sind,
wobei das Schienenfahrzeug ein Reaktionsteil aufweist, welches mit den Polradscheibenanordnung in Wirkverbindung bringbar ist, insbesondere zur Erzeugung einer von Wirbelströmen erzeugten Reaktionskraft.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein die Hangabtriebskraft überwindender Zusatzkraftbetrag von der Polradscheibenanordnung erzeugbar ist im jeweiligen Steigungsstreckenabschnitt. Somit ist der Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs kleiner dimensionierbar und das Schienenfahrzeug mit weniger Masse ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schienenfahrzeug einen Antrieb, insbesondere umfassend ein von dem Elektromotor 5, insbesondere direkt oder über ein Getriebe, angetriebenes mit der Schienenstrecke zusammenwirkendes Zahnrad oder Reibrad, auf, wobei der vom Antrieb maximal erzeugbare Vorschubskraftbetrag kleiner ist als ein in einem Teilbereich der Schienenstrecke auftretender Hangabtriebskraftbetrag. Von Vorteil ist dabei, dass ein Reibradantrieb vorsehbar ist, der allerdings nur für Strecken ohne Steigung ausgelegt werden muss. Denn in Steigungsstreckenabschnitten ist jeweils zumindest eine Polradscheibenanordnung als Zusatzantrieb installierbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Polradscheibenanordnung entlang eines Steigungsstreckenabschnitt angeordnet, insbesondere zur Erzeugung von zusätzlicher Vorschubskraft zur Überwindung einer Hangabtriebskraft. Von Vorteil ist dabei, dass die Masse des Antriebs des Schienenfahrzeugs gering wählbar ist und trotzdem steile Steigungsstreckenabschnitte in der Anlage durchfahrbar sind. Ebenso ist auch die notwendige Leistungszufuhr ans Schienenfahrzeug gering und daher die Schleifleitungsversorgung entsprechend klein auslegbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Polradscheibenanordnung von einem Elektromotor angetriebene Polradscheiben auf, zwischen denen zumindest ein jeweiliger Spaltbereich vorhanden ist, durch welchen ein Abschnitt des Reaktionsteils hindurchbewegbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der eintauchende Abschnitt des Reaktionsteils fast bis zum Außendurchmesser der die Polradscheiben antreibenden Welle eintauchen darf. Somit ist eine hohe Zusatz-Antriebskraft erreichbar. Dabei ist das Reaktionsteil aus metallischem Material ausführbar. Mittels der Formgebung des Reaktionsteils ist der beim anfänglichen Eintauchen in den Spaltbereich Kraftstoß verringerbar. Wenn also der eintauchende schenkelabschnitt des Reaktionsteils mit einem spitzwinkligen Endbereich ausgeführt ist und mit diesem in den Spaltbereich eintaucht, ist ein sehr sanftes Bewegen des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Polradscheibenanordnung von einem Elektromotor angetriebene Polradscheiben auf, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Polradscheiben jeweils ein Spaltbereich vorhanden ist, durch welchen ein jeweiliger Abschnitt des Reaktionsteils durchfahrbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass mehrere Abschnitte des Reaktionsteils von mehreren Polradscheiben gleichzeitig antreibbar sind und somit hohe Kräfte erzeugbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Reaktionsteil Schenkelabschnitte auf, wobei jeder Schenkelabschnitt in einen zwischen zwei Polradscheiben einer jeweiligen stationär angeordneten Polradscheibenanordnung Spaltbereich eintauchbar ist und durch diesen Spaltbereich in Schienenrichtung hindurchbewegbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass mehrere Schenkelabschnitte gleichzeitig Eintauchen zwischen die Polradscheiben. Durch beidseitiges Bestücken derselben mit Dauermagneten ist eine sehr kompakte Anordnung erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Reaktionsteil am Gestänge des Schienenfahrzeugs befestigt, wobei das Gestänge über am Gestänge gelagerte Räder auf der Schienenstrecke oder auf Schienenteilen der Schienenstrecke verfahrbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die vom Zusatzantrieb erzeugte Kraft direkt auf das starr ausgebildete Gestänge des Schienenfahrzeugs geleitet und zum Vortrieb desselben nutzbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schenkelabschnitte des Reaktionsteils und/oder die Spaltbereiche regelmäßig voneinander beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass die Schenkelabschnitte des Reaktionsteils ebenso beabstandbar sind. Außerdem ist eine modulare Ausführung in einfacher Weise gestaltbar, bei der mehrere Polradscheiben axial hintereinander stapelbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen in Schienenrichtung nacheinander folgenden Polradscheibenanordnungen kleiner als die Ausdehnung des Reaktionsteils in Schienenrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass in einem Steigungsstreckenabschnitt stets mehr als nur eine einzige Polradscheibenanordnung wirksam ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind im Steigungsstreckenabschnitt zumindest stets zwei in Schienenrichtung voneinander beabstandete Polradscheibenanordnungen in Wirkverbindung mit dem Reaktionsteil. Von Vorteil ist dabei, dass bei langen Steigungsstreckenabschnitten ein sanfter Antriebskraftverlauf erreichbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Schienenanlage mit Schienenfahrzeug gezeigt, wobei das Reaktionsteil 20 des Schienenfahrzeug nicht dargestellt ist.
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In der 2 ist ein Querschnitt gezeigt, wobei das Reaktionsteil 20 teilweise dargestellt ist.
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In der 3 ist eine zugehörige Schrägansicht gezeigt.
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In der 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt der 3 gezeigt.
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Die Schienenanlage ist beispielsweise eine Einschienenhängebahn.
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Dabei weist das Schienenfahrzeug ein Gestänge 3 auf, an welchem zumindest ein Antriebsrad, welches von einem elektromotorischen Antrieb antreibbar ist, vorgesehen ist. Das Antriebsrad rollt auf dem Schienenteil 2 der Anlage ab und treibt dabei in Art eines Reibradantriebs das Schienenfahrzeug an. Ab einem kritischen Wert an Antriebsdrehmoment des elektromotorischen Antriebs dreht das Antriebsrad durch, weil es die Haftung verliert und somit statt Haftreibung Gleitreibung bewirkt ist zwischen Antriebsrad und Schienenteil.
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Die Schienenstrecke ist aus in Schienenrichtung hintereinander angeordneten Schienenteilen 2 zusammengesetzt. Dabei sind ebene, also nicht ansteigende, Schienenstreckenabschnitte, insbesondere in denen also keine Hangabtriebskraft wirksam ist, vorgesehen und auch Steigungsstreckenabschnitt, also Streckenabschnitte mit Steigung, in denen eine Hangabtriebskraft wirkt.
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Das Antriebsdrehmoment des elektromotorischen Antriebs ist derart dimensioniert, dass die durch das maximal erzeugbare Drehmoment maximal erzeugbare Antriebskraft kleiner ist als die Hangabtriebskraft im Steigungsstreckenabschnitt.
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Daher sind in einem solchen Steigungsstreckenabschnitt Zusatzantriebe vorgesehen. Hierzu sind in dem jeweiligen Steigungsstreckenabschnitt Polradantriebe vorgesehen.
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Diese stationär angeordneten Polradantriebe umfassen jeweils eine Polradscheibenanordnung, deren Polradscheiben 1 mit einem am Schienenfahrzeug angeordneten Reaktionsteil 20 zusammenwirkt.
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Der Abstand zwischen entlang der Schienenrichtung im Steigungsstreckenabschnitt angeordneten Polradscheibenanordnungen ist kleiner als die Länge des Reaktionsteils 20 in Schienenrichtung. Somit wird das Schienenfahrzeug stets durch mindestens zwei in Schienenrichtung voneinander beabstandete Polradscheibenanordnung angetrieben, wenn die Hangabtriebskraft auf das Schienenfahrzeug wirkt.
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Die Polradscheiben 1 der jeweiligen Polradscheibenanordnung werden von einem jeweiligen Elektromotor in Drehbewegung versetzt, vorzugsweise sobald das Schienenfahrzeug des Steigungsstreckenabschnitt erreicht. Hierzu sind Sensoren an der Strecke vorgesehen, die das Eintreffen des Schienenfahrzeugs detektieren.
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Der Reibradantrieb des Schienenfahrzeugs wird angetrieben von einem am Gestänge 3 befestigten Elektromotor 5, welcher ein Getriebe antreibt, mit dessen Abtriebswelle 4 das Reibrad drehfest verbunden ist. Das Reibrad ist in Reibkontakt mit dem Schienenteil 2, entlang dessen das Schienenfahrzeug geführt ist.
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Die Polradscheiben 1 einer jeweiligen Polradscheibenanordnung weisen an ihrer dem Reaktionsteil zugewandten Seite Dauermagnete auf, die in Umfangsrichtung der jeweiligen Polradscheibe gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise sind diese Dauermagnete auf demselben Radialabstand zur Achse der die Polradscheibe 1 antreibenden Welle angeordnet, wobei die Welle mit der Rotorwelle des Elektromotors verbunden ist. Der Elektromotor ist in den Figuren nicht dargestellt und vorzugsweise als Elektromotor ausgeführt.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, sind bei einer jeweiligen Polradscheibenanordnung auf der Welle mehrere Polradscheiben 1 angeordnet. Dabei sind die dem Reaktionsteil 20 zugewandten, jeweils mit Dauermagneten bestückten Seitenflächen der Polradscheiben 1 voneinander beabstandet, so dass das Reaktionsteil zwischen die Polradscheiben 1 hineinragt.
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Das Reaktionsteil 20 weist einen E-förmigen Querschnitt auf und ist in Schienenrichtung langgestreckt ausgeführt. Somit weist also das Reaktionsteil 20 zwei Außenschenkelbereiche und einen Mittelschenkelbereiche, die über einen Jochabschnitt verbunden sind, der als Halteabschnitt fungiert.
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Die von den Polradscheiben 1 relativ am Reaktionsteil 20 vorbeibewegten Dauermagnete erzeugen in dem metallisch ausgeführten Reaktionsteil 20 Wirbelströme und somit als Reaktionskraft eine Vorschubskraft für das Schienenfahrzeug.
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Die beiden axial äußeren Polradscheiben 1 müssen nur auf ihrer dem jeweiligen Außenschenkel des Reaktionsteils 20 zugeordneten Stirnseitenfläche Dauermagnete aufweisen. Auf der vom Reaktionsteil 20 abgewandten Seite sind also keine Dauermagnete vorzusehen.
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Jeder der Schenkelbereiche des Reaktionsteil 20 ist als dünnes Blechteil ausführbar und/oder das Reaktionsteil 20 ist als Stranggussteil ausführbar. Vorzugsweise ist Aluminium als Material für das Reaktionsteil 20 verwendet.
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Vom Elektromotor aus ist also eine erste, einseitig mit Dauermagneten bestückte Polradscheibe 1 auf der vom Elektromotor in Drehbewegung versetzbaren Welle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden.
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Auf der Welle ist auf der vom Elektromotor abgewandten Seite der ersten Polradscheibe 1 eine zweite Polradscheibe 1 angeordnet, die beidseitig, also axial beidseitig, bestückt ist mit Dauermagneten. Zwischen die erste und zweite Polradscheibe ragt einer der Außenschenkel des Reaktionsteils 20 hinein, insbesondere möglichst nahe an die Dauermagnete der ersten und zweiten Polradscheibe 1 heran. Somit überdeckt der Außenschenkel des Reaktionsteils 20 zumindest teilweise denselben Radialabstandsbereich wie der mit Dauermagneten bestückte Bereich der ersten und zweiten Polradscheibe 1.
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Auf der Welle ist weiterhin auf der vom Elektromotor abgewandten Seite der zweiten Polradscheibe 1 eine dritte Polradscheibe 1 angeordnet, die beidseitig, also axial beidseitig, bestückt ist mit Dauermagneten. Zwischen die dritte und zweite Polradscheibe ragt der Mittelschenkel des Reaktionsteils 20 hinein, insbesondere möglichst nahe an die Dauermagnete der dritten und zweiten Polradscheibe 1 heran. Somit überdeckt der Mittelschenkel des Reaktionsteils 20 zumindest teilweise denselben Radialabstandsbereich wie der mit Dauermagneten bestückte Bereich der dritten und zweiten Polradscheibe 1.
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Auf der Welle ist außerdem noch auf der vom Elektromotor abgewandten Seite der dritten Polradscheibe 1 eine vierte Polradscheibe 1 angeordnet, die einseitig, also axial einseitig, bestückt ist mit Dauermagneten auf der der dritten Polradscheibe 1 zugewandten Seite. Zwischen die dritte und vierte Polradscheibe ragt der andere Außenschenkel des Reaktionsteils 20 hinein, insbesondere möglichst nahe an die Dauermagnete der dritten und vierten Polradscheibe 1 heran. Somit überdeckt der Außenschenkel des Reaktionsteils 20 zumindest teilweise denselben Radialabstandsbereich wie der mit Dauermagneten bestückte Bereich der dritten und vierten Polradscheibe 1.
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Das Reaktionsteil ist mit dem Gestänge 3 des Schienenfahrzeugs verbunden und überträgt somit die mittels der mit dem Reaktionsteil 20 zusammenwirkenden Polradscheiben 1 zusätzlich eingebrachte Antriebskraft auf das Schienenfahrzeug.
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Die maximal realisierbare Eintauchtiefe des Reaktionsteils 20 ist begrenzt durch den Außendurchmesser der vom nicht dargestellten Elektromotor angetriebenen Welle.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Polradscheiben
- 2
- Schienenteil
- 3
- Gestänge
- 4
- Abtriebswelle des Getriebes
- 5
- Elektromotor
- 20
- Reaktionsteil
