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Die Erfindung betrifft eine Flechtmaschine zur Herstellung eines Geflechts sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Geflechts.
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Unter Geflechten werden vorliegend insbesondere sogenannte Rundgeflechte, also schlauchartige Geflechte verstanden. Kennzeichnend für Geflechte sind allgemein gegensinnig aufgebrachte Geflechtstränge, beispielsweise Fäden oder auch Einzeldrähte, die sich wiederkehrend wechselseitig überkreuzen. Es gibt sowohl Textilgeflechte als auch metallische Geflechte. Derartige Geflechte werden für Strukturelemente aus Verbundwerkstoffen, beispielsweise Schläuche oder insbesondere auch Kabel eingesetzt. Von besonderer Bedeutung sind hierbei metallische Rundgeflechte als Abschirmungen für elektrische Kabel.
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Für die Herstellung derartiger Geflechte werden für eine kostengünstige Fertigung hohe Arbeitsgeschwindigkeiten angestrebt. Gleichzeitig steigen jedoch insbesondere auch bei den Abschirmungen für Kabel die technischen Anforderungen an Präzision und insbesondere auch an Sauberkeit. Abschirmgeflechte werden beispielsweise in Datenleitungen für hochfrequente Signalübertragungen eingesetzt. Die erreichbaren Datenübertragungsraten hängen dabei u.a. auch von der Güte der Abschirmung ab.
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Zur Herstellung speziell von Abschirmgeflechten bei der Kabelfertigung werden typischerweise zwei unterschiedliche Arten von Flechtmaschinen - kurz auch als Flechter bezeichnet - eingesetzt. In den sogenannten Schnellflechtern laufen zwei Körbe mit jeweils mehreren Spulenträgern gegenseitig um. Die Verkreuzung der einzelnen Drähte wird durch Hebelarme erzeugt, die über eine mechanische Kurvenbahn betätigt werden.
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Bei den sogenannten Klöppelflechtern laufen zwei Gruppen von Spulenträgern um. Eine Vorrichtung aus geschlitzten, rotierenden Scheiben sorgt dafür, dass die Bahnen die gewünschte Verkreuzung erfahren.
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Bei heutigen Flechtmaschinen werden Prozessgeschwindigkeiten von etwa 150 Umdrehungen der Spulenträger pro Minute erreicht. Durch diese hohe Drehgeschwindigkeit werden auf die Spulenträger hohe Fliehkräfte erzeugt, die über die Halterungen für die Spulenträger aufgefangen werden müssen. Durch die bewegten Bauteile entsteht darüber hinaus an vielen Stellen Gleitreibung. Die Gleitvorgänge der relativ zueinander bewegten Bauteile macht dabei üblicherweise eine Schmierung notwendig. Hier besteht das Problem, dass Teile des Schmiermittels in das Geflecht mit eingetragen werden, wodurch die Güte des Geflechts, speziell für elektrische Abschirmungen, negativ beeinflusst wird. Insgesamt sind die beschriebenen herkömmlichen Flechtmaschinen mechanisch sehr aufwändig.
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Aus der
US 6 045 319 A ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Geflechts zu entnehmen, bei der auf einzelnen Trägern Spulen angeordnet sind, von denen ein Faden für die Herstellung des Geflechts abgewickelt werden. Die Träger sind auf einem Tisch magnetisch verfahrbar. Hierzu sind in den Trägern und in dem Tisch Magnete angeordnet, die zumindest teilweise durch Elektromagnete gebildet sind. Die Träger werden zur Erzeugung des Geflechts bei der Abwicklung der Fäden geeignet verfahren.
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Aus der
DE 273 720 A ist eine Flechtmaschine zu entnehmen, bei der ebenfalls als Klöppel bezeichnete Träger zur Erzeugung eines Geflechts entlang von Gangbahnen magnetisch verfahren werden.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Geflechten, insbesondere von metallischen Abschirmgeflechten, mit hoher Güte zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Flechtmaschine zur Herstellung eines Geflechts, insbesondere eines vorzugsweise metallischen Rundgeflechts. Die Flechtmaschine umfasst zumindest zwei Spulenträger sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Flechtprozesses. Die Spulenträger sind dabei auf zumindest zwei und vorzugsweise genau zwei vorgegebenen Bahnen verfahrbar und jeder Spulenträger ist individuell über einen elektromagnetischen Antrieb antreibbar. Für den elektromagnetischen Antrieb sind entlang der vorgegebenen Bahnen erste Magnete verteilt und in einem jeweiligen Spulenträger ist zumindest ein zweiter Magnet angeordnet. Die ersten Magnete und/oder die zweiten Magnete sind Elektromagnete, die derart ansteuerbar sind, dass durch fortlaufende Magnetfelder ein Vortrieb entlang der vorgegebenen Bahn für den jeweiligen Spulenträger erzeugbar ist. Mittels der fortlaufenden Magnetfelder erfolgt daher eine Beschleunigung der Spulenträger, insbesondere eine positive und / oder eine negative Beschleunigung (abbremsen) oder auch eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Die Steuereinrichtung ist weiterhin derart ausgebildet, dass die Spulenträger im Betrieb entlang der vorgegebenen Bahnen mithilfe der fortlaufenden Magnetfelder verfahren werden.
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Jeder Spulenträger weist dabei jeweils insbesondere genau eine Spule auf, von der genau ein Geflechtstrang, insbesondere ein Draht, abgewickelt wird. Alternativ weist ein Spulenträger auch mehrere Spulen auf. Der besondere Vorteil des Vortriebs über fortlaufende Magnetfelder ist darin zu sehen, dass hierdurch die mechanische Reibung für den Vortrieb der Spulenträger im Vergleich zu herkömmlichen Flechtmaschinen zumindest deutlich reduziert werden kann, sodass Schmiermittel im Vergleich zu herkömmlichen Flechtmaschinen zumindest reduziert oder vermieden werden kann. Dadurch wird die Gefahr reduziert bzw. vermieden, dass Teile des Schmiermittels in das Geflecht mit eingetragen werden und somit dessen Güte verringern.
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Ein weiterer wesentlicher Aspekt, der sich aus diesem Antriebskonzept mit den fortlaufenden magnetischen Wechselfeldern ergibt, ist darin zu sehen, dass die einzelnen Spulenträger individuell entlang der jeweiligen Bahn geführt werden.
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Die beiden Bahnen verlaufen dabei geschlossen und kreuzen sich mehrfach. Die Spulenträger auf den beiden Bahnen werden dabei gegensinnig angetrieben, d.h. die Spulenträger auf der ersten Bahn werden beispielsweise im Uhrzeigersinn und auf der zweiten Bahn gegen den Uhrzeigersinn geführt. Die beiden Bahnen verlaufen vorzugsweise annähernd kreisförmig, wobei sie von der Grundbewegung einer Kreisbahn abweichen. Insbesondere verlaufen sie wellenförmig, beispielsweise sinus-wellenförmig. Die Bahnen sind daher gebildet durch mehrere gekrümmte Abschnitte, die abwechselnd konvex und konkav gekrümmt sind. Zwischen zwei gekrümmten Abschnitten sind dabei vorzugsweise geradlinige Abschnitte angeordnet. Eine jeweilige Bahn weist dabei insbesondere zumindest drei konvex gekrümmte Abschnitte und drei konkav gekrümmte Abschnitte auf. Insbesondere weist eine jeweilige Bahn zumindest vier bzw. genau vier konvex und konkav gekrümmte Abschnitte auf. Die gekrümmten Abschnitte sind dabei insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet, sodass die jeweilige Bahn eine Drehsymmetrie um eine Zentralachse aufweist. Die konvex bzw. konkav gekrümmten Abschnitte weisen dabei jeweils einen Winkelabstand von 360°/n zueinander auf, wobei n die Anzahl der konvexen bzw. konkaven gekrümmten Abschnitte ist. Bei vier konkav gekrümmten sowie vier konvex gekrümmten Abschnitten ist daher eine 90°-Drehsymmetrie erzielt. Die beiden Bahnen weisen den gleichen Mittelpunkt Zentralachse auf. Sie kreuzen sich insbesondere 2n mal.
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Zumindest ein Teil der Magnete ist derart angeordnet und wird mithilfe der Steuereinrichtung im Betrieb derart angesteuert, dass Fliehkräfte, die im Betrieb auf die Spulenträger einwirken, zumindest teilweise magnetisch kompensiert werden. Unter magnetischer Kompensation wird hierbei verstanden, dass die über die Magnete erzeugten Magnetfelder eine Magnetkraft auf die Spulenträger ausüben, welche der jeweiligen Fliehkraft entgegen wirkt. Hierzu sind vorzugsweise allgemein Magnetpaare bahnaußenseitig sowie bahninnenseitig angeordnet, die in radialer Richtung - je nach Bedarf - nach innen gerichtet oder nach außen gerichtet (in Abhängigkeit des aktuellen Bahnverlaufs) eine Magnetkraft auf den jeweiligen Spulenträger ausüben.
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Weiterhin sind die beiden Bahnen zweckdienlicherweise zueinander identisch ausgebildet, lediglich um die Zentralachse gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdreht, sodass sie nicht deckungsgleich sind. Der Verdrehwinkel ist dabei kleiner als der Winkelabstand zwischen zwei konvexen bzw. konkav gekrümmten Abschnitten. Ein maximaler Außendurchmesser (Bahndurchmesser) einer jeweiligen vorgegebenen Bahn liegt dabei typischerweise zwischen 1,0 und 2,0m, vorzugsweise typischerweise zwischen 1,0 bis 1,5m. Je nach Anwendung können auch kleinere oder auch größere maximale Durchmesser verwirklicht werden.
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Mit dem Magnetantrieb werden vorzugsweise Geschwindigkeiten im Bereich von 100 bis 150 Umdrehungen pro Minute für einen jeweiligen Spulenträger erreicht und über die Steuereinrichtung entsprechend auch eingestellt. Ein jeweiliger Spulenträger läuft daher 100 bis 150 mal pro Minute um die Zentralachse herum.
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Durch die gekrümmten Bahnen, also durch eine Umfangsrichtung sowie den gekrümmten Abschnitten, ist eine Fahrfläche definiert, innerhalb derer die Spulenträger verfahren.
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Im Hinblick auf eine möglichst reibungsfreie Ausgestaltung ist die Flechtmaschine dabei derart ausgebildet, dass die Spulenträger im Betrieb schwebend entlang der jeweiligen vorgegebenen Bahn geführt sind. Durch den elektromagnetischen Antrieb wird daher nicht nur der Vortrieb erzeugt, sondern die Spulenträger werden auch senkrecht zur Fahrfläche durch eine Magnetkraft angehoben, sodass sie - ähnlich einer Schwebebahn - schwebend und insbesondere ohne mechanischen Kontakt geführt werden. Hierdurch wird die mechanische Belastung entscheidend reduziert und insbesondere werden mechanische Reibungseffekte bei der Führung der Spulenträger vermieden.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist es entsprechend auch vorgesehen, dass die Spulenträger schmiermittelfrei angetrieben und geführt sind. Es wird daher bei der Flechtmaschine - zumindest im Bereich der Spulenträger - vollständig auf die Verwendung von Schmiermittel verzichtet. Hierdurch ist eine hohe Güte der Geflechte gewährleistet.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Spulenträger ohne jegliche mechanische Führung allein durch die erzeugten Magnetkräfte entlang der vorgegebenen Bahnen zu führen.
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Im Hinblick auf eine möglichst robuste und prozesssichere Ausgestaltung sind in bevorzugter Ausgestaltung die vorgegebenen Bahnen durch Schienen gebildet, entlang derer die Spulenträger geführt sind. Es liegt daher insofern in gewisser Weise eine mechanische Zwangsführung vor. Durch das Schwebeprinzip ist jedoch ein mechanischer Kontakt zwischen Spulenträger und Schiene vermieden. Gleichzeitig ist durch diese mechanische Zwangsführung eine hohe Prozesssicherheit und eine sichere Führung der Spulenträger auch bei hohen Geschwindigkeiten erzielt. Im Falle von Störungen verbleibt der Spulenträger auf der vordefinierten Bahn.
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Die zumindest zwei vorgegebenen Bahnen, entlang derer die Spulenträger gegensinnig verlaufen, liegen vorzugsweise allgemein innerhalb der Fahrfläche. Diese ist beispielsweise eine gemeinsame Ebene oder auch einer gemeinsame gekrümmten Fläche. Aufgrund des wellenförmigen Verlaufs kreuzen sich die Bahnen mehrfach. Gleiches gilt für die Schienen der zumindest zwei Bahnen. Diese kreuzen sich an mehreren Kreuzungen. Vorzugsweise verlaufen die Schienen dabei an den Kreuzungen geradlinig und weisen an den Kreuzungen Unterbrechungen auf. Durch die Unterbrechung ist gewährleistet, dass die Spulenträger die Schiene der jeweils anderen Bahn kreuzen können. Durch den geradlinigen Verlauf an den Kreuzungen ist weiterhin gewährleistet, dass in diesen Bereichen mit den Unterbrechungen keine radialen Fliehkräfte wirken, sodass eine zuverlässige Führung gewährleistet ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung weisen die Schienen an zumindest einem Teil und vorzugsweise an allen gekrümmten Abschnitten eine Kurvenüberhöhung auf. Im Bereich der gekrümmten Abschnitte ist daher ein jeweiliger Abschnitt der Schiene bezüglich einer Horizontalebene schräg gestellt, sodass Fliehkräfte durch diese Kurvenüberhöhung aufgenommen werden. Zumindest ein Teil der auftretenden Fliehkräfte wird daher senkrecht zum Bahnverlauf von der Fahrfläche aufgenommen. Der auf die Schienen einwirkende radiale Fliehkraft-Anteil ist daher zumindest reduziert oder aufgehoben.
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In zweckdienlicher Weiterbildung sind die Bahnen und damit die Schienen entlang einer Innenmantelfläche eines Kegels oder eines Zylinders verlaufend angeordnet. Die Spulenträger verlaufen daher umlaufend an der Innenmantelfläche. Die Fliehkräfte werden bezüglich der horizontal geneigten, insbesondere senkrecht orientierten Innenmantelfläche aufgenommen.
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Zweckdienlicherweise sind die Spulenträger an der jeweiligen Schiene derart geführt, dass in Axialrichtung, also senkrecht zur Fahrfläche innerhalb der die jeweilige Bahn verläuft, ein mechanischer axialer Formschluss ausgebildet ist. Gleichzeitig ist zweckdienlicherweise weiterhin auch ein radialer mechanischer Formschluss ausgebildet. Der jeweilige Spulenträger kann daher nicht von der Schiene gelangen. Er ist an dieser durch einen in zwei Richtungen wirkenden Formschluss gehalten.
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Hierzu weist die Schiene zweckdienlicherweise einen Schienenkopf und die Spulenträger einen Spulenfuß auf. Der Schienenkopf und der Spulenfuß umgreifen sich wechselseitig in einem Hintergriffsbereich. Durch den Hintergriffsbereich wird sowohl der axial als auch der radial wirkende Formschluss ausgebildet. Zweckdienlicherweise ist hierzu eines dieser beiden Bauteile, vorzugsweise der Schienenkopf im Querschnitt betrachtet etwa T-förmig ausgebildet und das andere Bauteil, vorzugsweise der Spulenfuß, ist bügelförmig, speziell in etwa C-bügelförmig, ausgebildet, um den T-förmigen Kopf zu umgreifen.
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Im Hinblick auf die angestrebte magnetische Kompensation der Fliehkräfte ist im Hintergriffsbereich sowohl an einer Innenseite als auch an einer Außenseite am Spulenträger jeweils ein zweiter Magnet angeordnet. Der jeweilige zweite Magnet wirkt dabei mit den entlang der Bahn verteilt angeordneten ersten Magneten zusammen, sodass sich eine gewünschte Magnetkraft zur Fliehkraftkompensation einstellen lässt. Im Hintergriffsbereich sind daher allgemein ein innen liegender zweiter Magnet sowie ein außen liegender zweiter Magnet am Spulenträger angeordnet. Hierdurch lassen sich auf effiziente Weise die radial wirkenden Fliehkräfte kompensieren.
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Korrespondierend zu den innen liegenden und außen liegenden zweiten Magneten sind entlang des Bahnverlaufs, also entlang der Schienen am Schienenkopf erste Magnete angeordnet, die mit den innen- und außenseitigen zweiten Magneten zusammen wirken. Diese bilden daher innen liegende sowie außen liegende erste Magnete. Sie liegen den innen- bzw. den außenseitigen zweiten Magneten jeweils gegenüber und bilden mit diesen jeweils ein Magnetpaar, wenn sich der Spulenträger an der Position des jeweiligen ersten Magnets befindet. Diese innensowie außenliegenden Magnetpaare werden vorzugsweise ergänzend auch zur Ausübung des Vortriebs, also insbesondere auch zur Ausübung einer der positiven und/oder negativen Beschleunigung eingesetzt.
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Aufgrund des wellenförmigen Bahnverlaufs variiert die Richtung der Fliehkräfte kontinuierlich. Zweckdienlicherweise werden die jeweiligen Elektromagnete, also vorzugsweise die ersten Magnete, die entlang der Bahnen verlaufen, jeweils in Abhängigkeit des Verlaufs der vorgegebenen Bahn und in Abhängigkeit der Position, an der sich der jeweilige Spulenträger aktuell befindet, im Betrieb unterschiedlich angesteuert, sodass also ortsabhängig an unterschiedlichen Punkten der Bahn unterschiedliche Magnetkräfte zum Ausgleich von Fliehkräften oder aber auch zum Ausgleich von anderen Kräften, wie beispielsweise Kippmomenten, erzeugt werden.
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Für eine zuverlässige Führung des Spulenträgers an der Schiene sollte der Spulenträger eine gewisse Länge in Richtung der Bahn aufweisen. Gleichzeitig ist die Länge jedoch aufgrund der Vielzahl der gekrümmten Abschnitte mit den teilweise engen Krümmungsradien begrenzt. In bevorzugter Ausgestaltung ist nunmehr vorgesehen, dass der Spulenträger mehrere gelenkig miteinander verbundene Fußelemente aufweist. Hierdurch ist ein möglichst langer Spulenträger für eine zuverlässige Führung erreicht und gleichzeitig ist der Spulenträger in gewisser Weise biegbar, so dass er auch enge Krümmungsradien durchlaufen kann, ohne dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem Spulenträger und der Schiene erfolgt. Ein jeweiliges Fußelement weist dabei jeweils einen Spulenfuß auf, der den Schienenkopf umgreift. In jedem dieser Fußelemente sind zweckdienlicherweise darüber hinaus die innen liegenden sowie außen liegenden zweiten Magnete angeordnet.
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Zur Ausbildung von Geflechten, insbesondere metallischen Abschirmgeflechten, werden üblicherweise 8, 16, 24 oder 36 Drähte miteinander verflochten. Da pro Spulenträger jeweils eine Spule mit jeweils einem Draht angeordnet ist, erfordert dies, dass die Anzahl der Spulenträger der Anzahl der Spulendrähte entspricht, die für das Geflecht verwendet werden. Um dies zu erreichen, werden daher auf jeder der zumindest zwei vorgegebenen Bahnen zumindest zwei und vorzugsweise insbesondere zumindest 4 Spulenträger geführt. Zweckdienlicherweise sind genau zwei Bahnen gebildet. Bei der Variante mit genau zwei Bahnen werden daher pro Bahn 4, 8, 12 oder auch 18 Spulenträger geführt.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung ist weiterhin ein jeweiliger Spulenträger mit einer elektromotorischen Spulenbremse ausgestattet. Im Vergleich zu mechanischen Bremsen erlaubt dies eine definierte Steuerung der auf den jeweiligen Draht einwirkenden Bremskraft und damit ein verbessertes, definiertes Führen des Drahtes. Die Energie bezieht die Spulenbremse zweckdienlicherweise kontaktlos beispielsweise induktiv aus den erzeugten Magnetfeldern. Alternativ kann auch eine herkömmliche mechanische Spulenbremse vorgesehen sein. Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine vereinfachte Darstellung einer Flechtmaschine zur Herstellung eines Rundgeflechts,
- 2 eine Querschnittdarstellung eines an einer Schiene angebrachten Spulenträgers,
- 3 eine stark vereinfachte Aufsicht auf einen gekrümmten Abschnitt einer Schiene mit darauf angebrachtem Spulenträger mit mehreren gelenkig miteinander verbundenen Fußelementen,
- 4 eine stark vereinfachte Aufsicht auf eine Kreuzung zweier Schienen,
- 5 eine Illustration eines Abschnittes einer Bahn zur Illustration einer Kurvenüberhöhung sowie
- 6 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des Verlaufs der Bahnen entlang einer Innenmantelfläche.
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In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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Die in der 1 dargestellte Flechtmaschine 2 weist mehrere Spulenträger 4 auf, welche entlang von vorgegebenen Bahnen 6A,6B verfahrbar sind. Ein jeweiliger Spulenträger 4 weist jeweils eine Spule 8 auf, auf der ein Draht 10 aufgewickelt ist. Die Flechtmaschine 2 weist weiterhin eine Abzugsvorrichtung 12 für ein während des Flechtprozesses gebildetes Geflecht 14 auf. Die Flechtmaschine 2 und der Flechtprozess werden mithilfe einer Steuereinrichtung 16 gesteuert.
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Die beiden Bahnen 6A,6B sind als umlaufend geschlossene wellenförmige Bahnen ausgebildet. Sie weisen im Ausführungsbeispiel jeweils vier nach außen gekrümmte konvexe Abschnitte 18A sowie korrespondierend hierzu vier nach innen gekrümmte konkave Abschnitte 18B auf. Die gekrümmten Abschnitte 18A,18B sind dabei jeweils gleichmäßig mit gleichem Winkelabstand zueinander verteilt ausgebildet. Die beiden Bahnen 6A,6B sind zueinander identisch ausgebildet, lediglich gegeneinander um einen Verdrehwinkel α um eine Zentralachse 20 angeordnet. Der Verdrehwinkel α liegt im Ausführungsbeispiel bei 45° und allgemein bei 360/2n, wobei n die Anzahl der konvex oder konkav gekrümmten Abschnitte 18A, 18B ist (im Ausführungsbeispiel ist n=4).
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Die beiden Bahnen 6A,6B verlaufen innerhalb einer Fahrfläche 22, die im Ausführungsbeispiel der 1 schematisiert als eine einfache horizontale Ebene dargestellt ist. Die einzelnen Spulenträger 4 werden innerhalb der Fahrfläche 22 entlang der Bahnen 6A,6B geführt.
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Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt acht Spulenträger 4 dargestellt, wobei auf jeder Bahn 6A,6B jeweils vier Spulenträger 4 angeordnet sind. Im Betrieb laufen die Spulenträger 4 der einen Bahn 6A gegensinnig zu den Spulenträgern 4 der anderen Bahn 6B. Aufgrund des wellenförmigen Verlaufs kreuzen sich die Bahnen 6A,6B an Kreuzungen 24.
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Durch ein gegensinniges Verfahren der einzelnen Spulenträger 4 beim Flechtprozess mit dem mehrfachen wechselseitigen Kreuzen wird das gewünschte Geflecht 14 ausgebildet. Der Bewegungsablauf ist dabei an den Bewegungsablauf einer herkömmlichen Klöppelflechtmaschine angelehnt. Mittels der Abzugsvorrichtung 12 wird das entstehende Geflecht 14 kontinuierlich nach oben abgezogen. Durch die hierbei ausgeübte Abzugskraft werden die einzelnen Drähte 10 von den Spulen 8 zwangsweise abgerollt. Ein Spulenantrieb ist nicht erforderlich und im Ausführungsbeispiel auch nicht vorgesehen. Ein Spulenantrieb kann jedoch zur Unterstützung der Abzugskraft vorgesehen werden.
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Ein jeweiliger Spulenträger 4 weist - in hier nicht näher dargestellter Weise - zusätzlich eine mechanische oder elektromotorische Bremse auf, über die die Spule 8 und damit das Abwickeln des Drahtes 10, abgebremst werden kann, sodass eine definierte Zugkraft einstellbar ist. Durch eine entsprechende Ansteuerung der elektromagnetischen Bremse lässt sich die Bremskraft variieren.
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Die einzelnen Spulenträger 4 werden entlang der Bahnen 6A,6B individuell jeweils mithilfe eines elektromagnetischen Antriebs angetrieben, sodass sie mit der gewünschten Geschwindigkeit entlang der jeweiligen Bahn 6A,6B verfahren.
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Dieser elektromagnetische Antrieb 26 beruht dabei auf dem Konzept der Magnetschwebebahn und wird anhand der 2 illustriert:
- Zur Ausbildung des elektromagnetischen Antriebs 26 sind allgemein entlang der jeweiligen Bahn 6A,6B verteilt erste Magnete 28 angeordnet. Diese sind insbesondere als Elektromagnete ausgebildet. Am Spulenträger 4 sind jeweils zweite Magnete 30 angeordnet, die vorzugsweise als Permanentmagnete ausgebildet sind. Die als Elektromagnete ausgebildeten ersten Magnete 28 werden während des Betriebs derart angesteuert, dass ein fortlaufendes, also entlang der jeweiligen Bahn 6A,6B verlaufendes (Wechsel-) Magnetfeld erzeugt wird. Die Ansteuerung erfolgt hierbei mithilfe der Steuereinrichtung 16, die die jeweiligen ersten Magnete 28 in geeigneter Weise zur Erzeugung des fortlaufenden Magnetfelds ansteuert. Die ersten Magnete 28 werden hierbei fortlaufend umgepolt. Durch dieses fortlaufende Magnetfeld wird eine magnetische Antriebskraft in der gewünschten Bewegungsrichtung entlang der Bahn 6A,6B erzeugt.
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Die ersten und zweiten Magnete 28,30 sind hierbei gegenüberliegend angeordnet und ihre Magnetkraft weist eine axiale Kraftkomponente auf, die in Axialrichtung 32 orientiert ist. Unter Axialrichtung 32 wird allgemein die Flächennormale der Fahrfläche 22 verstanden. Durch die axiale Kraftkomponente wird zugleich auch der Spulenträger 4 in Axialrichtung 32 etwas angehoben, sodass er schwebend und ohne mechanischen Kontakt entlang der vorgegebenen Bahn 6A,6B verläuft. Es treten daher insbesondere keine mechanischen Reibungskräfte (abgesehen von Luftreibung) auf. Auf den Einsatz von Schmiermittel wird insgesamt verzichtet.
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Die 2 zeigt eine spezielle Ausgestaltung, bei der die Spulenträger 4 an jeweils einer Schiene 34 geführt sind. Die Schiene 34 weist einen im Ausführungsbeispiel etwa T-förmigen Schienenkopf 36 auf. Umgekehrt weist der Spulenträger 4 einen Spulenfuß 38 auf, welcher den Schienenkopf 36 umgreift. Hierdurch ist ein Hintergriffsbereich 44 ausgebildet. Der Spulenfuß 38 ist dabei insbesondere nach Art eines C-Bogens ausgebildet. An der Oberseite des Spulenfußes 38 ist ein Halter 40 angeordnet, in dem die Spule 8 um eine Spulenachse rotierbar gehalten ist.
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Zwischen dem Schienenkopf 36 und dem Spulenfuß 38 ist ein Spalt 42 ausgebildet, sodass der Spulenfuß 38 am Schienenkopf 36 berührungslos geführt werden kann. Gleichzeitig ist ein sowohl in Axialrichtung 32 als auch in einer Radialrichtung 50 ein Formschluss ausgebildet.
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Wie aus der 2 hervorgeht, ist zusätzlich zu dem im oberen Bereich des Spulenfußes 38 angeordneten zweiten Magnet 30 am Spulenträger 4 in einem Hintergriffsbereich 44 zu einer Innenseite 46 der jeweiligen Bahn 6A,6B ein innen liegender zweiter Magnet 30A angeordnet. Gegenüberliegend ist zu einer Außenseite 48 der jeweiligen Bahn 6A,6B orientiert ein außen liegender zweiter Magnet 30B angeordnet. Unter Innenseite 46 der Bahn wird hierbei die zur Zentralachse 20 orientierte Seite und unter Außenseite 48 die von der Zentralachse 20 abgewandte Seite der jeweiligen Bahn 6A,6B verstanden.
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Korrespondierend zu dem innen liegenden sowie außen liegenden zweiten Magnet 30A,30B sind an der Schiene 34 wiederum entlang der Bahn eine Vielzahl von innen liegenden ersten Magneten 28A sowie eine Vielzahl von außen liegenden ersten Magneten 28B angeordnet. Bei diesen handelt es sich ebenfalls wiederum um Elektromagnete. Diese werden vorzugsweise ergänzend zur Erzeugung des Vortriebs eingesetzt. Ihr Hauptzweck besteht darüber hinaus darin, zusätzliche magnetische Haltekräfte auf den Spulenträger 4 auszuüben, so dass dieser möglichst in allen Situationen berührungsfrei an der Schiene 34 geführt ist. Insbesondere dienen sie zur Ausübung von magnetischen Gegenkräften gegenüber von Kippmomenten und insbesondere gegenüber von Fliehkräften. Diese sind üblicherweise in Radialrichtung 50 orientiert. Unter Radialrichtung wird hierbei die Richtung senkrecht zur Bahn 6A,6B, aber innerhalb der Fahrfläche 22 verstanden.
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Aufgrund der wellenförmigen Bahn 6A,6B variieren die Fliehkräfte in Radialrichtung 50 in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen Position des Spulenträgers 4. Die innen liegenden und außen liegenden ersten Magnete 28A,28B werden zur Kompensation insbesondere dieser Fliehkräfte daher in Abhängigkeit der aktuellen Position des jeweiligen Spulenträgers 4 angesteuert, so dass die an der aktuellen Position erzeugten Magnetfelder die aktuell auftretenden Kräfte kompensieren. Die im Bereich der innen liegenden und außen liegenden zweiten Magnete 30A,30B erzeugten und auf den Spulenträger 4 einwirkenden Magnetkräfte variieren daher positionsabhängig, wobei an der Innenseite 46 und der Außenseite 48 positionsabhängig unterschiedliche Magnetkräfte wirken.
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Um eine möglichst gute Führung des Spulenträgers 4 zu ermöglichen und gleichzeitig die engen Krümmungsradien im Bereich der gekrümmten Abschnitte 18A,18B berührungsfrei durchlaufen zu können, weist ein jeweiliger Spulenträger 4 jeweils mehrere Fußsegmente 52 auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Sie bilden daher eine Art Gliederkette. Die einzelnen Fußsegmente 52 weisen dabei einen geringfügigen Abstand zueinander auf, sodass sie gegeneinander über ihre Gelenkverbindung etwas verkippbar sind, wie dies in der 3 dargestellt ist. In der 3 sind insgesamt vier Fußsegmente 52 dargestellt. Alternativ weist der jeweilige Spulenträger 4 drei Fußsegmente 52 auf.
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In 4 ist ausschnittsweise ein Teilbereich dargestellt, an dem sich zwei Schienen 34 an einer Kreuzung 54 kreuzen. Die jeweilige Schiene 34 weist an der Kreuzung 54 eine Unterbrechung auf. Hierdurch ist ermöglicht, dass der jeweilige Spulenträger 4 die Schiene 34 der anderen Bahn 6A,6B kreuzen kann. Zur Vermeidung von Fliehkräften sind im Bereich der Kreuzung 54 die Bahnen 6A,6B und damit die Schienen 34, geradlinig ausgebildet. In der 4 ist im Zentrum der Kreuzung 54 noch ein zentrales Führungselement dargestellt, wodurch die Führung innerhalb des Kreuzungsbereichs verbessert ist.
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Die Länge eines jeweiligen Spulenfußes 38 und insbesondere eines jeweiligen Fußsegments ist dabei größer als die im Bereich der Kreuzung 54 zu überbrückenden Schlitze, sodass also ein jeweiliges Fußsegment 52 auch im Kreuzungsbereich jeweils zuverlässig geführt ist.
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Aufgrund der vielen gekrümmten Abschnitte 18A,18B und der hohen Geschwindikgeiten sind die in diesen Abschnitten ausgeübten Fliehkräfte hoch. Um diese zumindest teilweise aufzunehmen, ist eine Kurvenüberhöhung 56 an einem jeweiligen Abschnitt 18A,18B ausgebildet, wie dies anhand der 5 stark vereinfacht illustriert ist. Die gestrichelt dargestellte Kurve zeigt dabei eine Vergleichskurve an, welche innerhalb einer Ebene (XY-Ebene) verläuft. Die durchgezogene Kurve zeigt einen Verlauf mit den Kurvenüberhöhungen 56. Hierzu ist der jeweilige Abschnitt 18A,18B aus der Blattebene (XY-Ebene) in Z-Richtung angehoben, sodass sie also bezüglich der XY-Ebene eine Neigung aufweist. Derartige Kurvenüberhöhungen 56 sind grundsätzlich zur Kompensation von Fliehkräften beispielsweise im Straßen- oder auch Schienenverkehr bekannt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verlaufen die Bahnen 6A,6B vollständig auf einer Innenmantelfläche 58, wie dies insbesondere anhand der 6 schematisiert dargestellt ist. Bei der Innenmantelfläche 58 handelt es sich insbesondere um eine Zylinderfläche, wobei die Rotationsachse des korrespondierenden Zylinders durch die Zentralachse 20 gebildet ist. Die Innenmantelfläche 58 definiert daher die Fahrfläche 22. Die Flächennormale entspricht der Axialrichtung 32, die zugleich radial bezüglich der Zentralachse 20 angeordnet ist. Die entstehenden Fliehkräfte sind daher in Richtung der Axialrichtung 32 orientiert und werden damit unmittelbar von der jeweiligen Schiene 34 in Axialrichtung 32 aufgenommen. Anstelle einer rein zylindrischen Innenmantelfläche 58 wird alternativ eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche verwendet um zusätzlich beispielsweise auch die Gewichtskraft, die nach unten orientiert ist, zu kompensieren. Eine derartige kegelstumpfartige Innenmantelfläche ist dabei vorzugsweise lediglich um wenige Grad (z. B. 3° bis 30°, insbesondere 5° bis 20°) gegenüber einer zylindrischen Innenmantelfläche geneigt und läuft nach unten, also in Richtung der Schwerkraft, konisch zu.
