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Die Erfindung betrifft einen Funktionsebenenträger für einen
Magnetschwebefahrweg. Ein solcher Fahrweg wird aus Fahrwegträgern gebildet,
die aus einem Hauptträger
bestehen, der zwischen zwei Funktionsebenenträgern angeordnet ist. Dabei
definieren die Funktionsebenenträger
den Fahrweg bzw. die Spur des Magnetschwebefahrzeugs bzw. der Magnetschnellbahn.
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Das berührungsfreie Trag-, Führuttgs-
und Antriebssystem von Magnetschnellbahnen verwendet einen Langstator-Linearmotor und basiert
auf dem Prinzip des elektromagnetischen Schwebens. Der Langstator-Linearmotor
entspricht dabei einem in Fahrtrichtung gewickelten Elektromotor.
Anstatt eines magnetischen Drehfeldes erzeugt der Linearmotor ein
elektromagnetisches Feld, das entlang dem Fahrweg wandert. Mit Hilfe
eines elektronischen Steuersystems schwebt das Magnetschwebefahrzeug
ca. 10 mm über
dem Fahrweg. Durch Umkehr des Magnetfeldes kann das Fahrzeug ohne
Kontakt abgebremst und beschleunigt werden. Dabei ist eine Hauptkomponente
des Antriebes, nämlich
die Statorpakete, in den Fahrweg eingebaut. Zu deren Aufnahme haben
sich Funktionsebenenträger
bewährt,
die drei Hauptfunktionen übernehmen,
nämlich
das Tragen, Führen
und Anheben des Fahrzeugs. Zusätzlich leitet
der Funktionsebenenträger
alle Betriebslasten, u.U. über
Befestigungskonsolen, an den Hauptträger, der wiederum die Lasten über Unterbauten
und Fundamente an den Baugrund abgibt.
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5 zeigt
einen herkömmlichen
Funktionsebenenträger.
Der Funktionsebenenträger
weist dabei eine nach oben weisende Gleitfläche auf, auf der das Magnetschwebefahrzeug
gleiten kann, wenn der Antrieb, d.h. die Stromversorgung, vollständig ausfällt. Dabei
stützt
sich das Magnetschwebefahrzeug dann über besondere Gleitelemente
auf der Gleitfläche
ab und rutscht auf dieser bis zum Stillstand.
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Seitenführungsschienen mit senkrecht
zur Gleitfläche
und in Fahrtrichtung verlaufenden Wirkflächen dienen der Seitenführung des
Magnetschwebefahrzeugs, die über
seitlich im Führungsschuh
des Magnetschwebefahrzeugs angebrachte Führungsmagnete, die gegenüber den
Seitenführungsschienen
verlaufen, erfolgt.
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Im unteren Bereich des Funktionsebenenträgers sind
die Statorpakete angeordnet, die das Fahrzeug anheben und antreiben.
Sie sind so angeordnet, daß sie
das Fahrzeug über
in einer Bodengruppe des Führungsschuhs
angeordnete Magnete anheben, indem sie die Magnete anziehen. Da
in diesem Bereich die geringsten Toleranzen erforderlich sind, wird
das Statorpaket bzgl. dem Funktionsebenenträger besonders ausgerichtet
und befestigt.
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Schließlich wird der Funktionsebenenträger selbst
an einer zum Hauptträger
weisenden Montagefläche
justiert und befestigt. Während
sich für
die Funktionsebenenträger
aus Toleranzgründen
Stahlkonstruktionen bewährt
haben, kann der Hauptträger sowohl
aus Beton (Hybridträgerbauweise)
oder ebenfalls aus einer Stahlkonstruktion bestehen.
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Als Aufhängung für die Statorpakete hat sich die
in der
DE 19735471 beschriebene
Aufhängung bewährt, bei
der ein in Kunststoff eingegossenes Statorpaket mit horizontalen,
quer zur Fahrtrichtung verlaufenden T-Nuten versehen wird, und der
Funktionsebenenträger
einen sog. Statorträgergurt
aufweist, der an seiner Unterseite zwei parallel in Fahrtrichtung verlaufende
trapezförmige
Schienen aufweist, die ebenfalls mit quer zur Fahrtrichtung verlaufenden, horizontalen
T-Nuten versehen sind. Die Nuten verlaufen in den gleichen Abständen, wie
die in den Statorpaketen.
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Während
die Nuten in den Statorpaketen hergestellt werden, indem bereits
die Einzelbleche, aus denen die Statorpakete gebildet werden, mit
den Nuten entsprechenden Ausstanzungen versehen sind, werden die
Nuten in den Statorträgergurt
entsprechend der gewünschten
Positionierung des Statorpaketes eingefräst. Die Koppelung zwischen
Statorpaket und Statorträgergurt
erfolgt über
Nuttraversen, die jeweils an ihren Enden das gleiche Profil wie die
T-Nuten aufweisen, so daß sie
jeweils in die entsprechenden Nuten eingeschoben werden und so die
beiden Komponenten Stator und Statorträgergurt in definierter Lage
zueinander verbinden. Dabei werden die Nuttraversen zusätzlich über Schraubverbindungen
am Statorträgergurt
gesichert.
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Eine andere Statorträgeraufhängung ist
aus
DE 19931367 bekannt,
bei der die mit dem Statorpaket verbundene Nuttraverse zwischen
zwei parallelen Stegflanschen, die an der Unterseite des Statorträgergurtes
angebracht sind, verschraubt sind. Eine zusätzliche Sicherung erfolgt hier über parallel
zur Verschraubung angeordnete Paßstifte.
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Die Aufgabe der Sicherungen der beiden vorstehend
beschriebenen Statoraufhängungen
besteht darin, bei Ausfall der Befestigung eine definierte und detektierbare
Vertikalverlagerung der Statorpakete zuzulassen, so daß der Betrieb
des Fahrweges weiterhin möglich
ist und der Aufhängungsschaden lokalisiert
werden kann. Dies kann beispielsweise über entsprechend am Fahrweg
verteilte Sensoren erfolgen.
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Der Hauptnachteil dieser an sich
bewährten Lösung besteht
nun darin, daß die
Befestigung der Statorpakete über
Nuttraversen oder andere Zwischenstücke an einem Statorträgergurt
relativ aufwendig zu fertigen und zu warten ist, sowie darin, daß die nutzbare
Statorhöhe
durch die Zwischenelemente erheblich reduziert wird.
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Dies macht sich insbesondere dann
bemerkbar, wenn zur Beschleunigung hohe Betriebsströme in den
Statorwicklungen erforderlich sind. Die Stromstärke ist jedoch durch die verfügbaren Leitungsquerschnitte
und die damit zusammenhängende
Erwärmung
begrenzt, da zu hohe Ströme
zu einer Überhitzung
des Systems führen
würden.
Vergrößerte Leitungsquerschnitte
sind aber durch die begrenzte Bauhöhe des Statorpaketes nicht
möglich.
Statorpakete mit größerer Bauhöhe können nur
eingesetzt werden, wenn das Profil des Funktionsebenenträger erhöht wird,
was nur mit erheblichen konstruktiven Veränderungen – auch am Führungsschuh des Fahrzeugs selbst – realisiert
werden könnte.
Auch der Verwendung von Materialien, die höheren Temperaturen standhalten,
sind technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht nun darin, einen Funktionsebenenträger bereitzustellen, der insbesondere
ein größeres Statorpaket,
d.h. ein Statorpaket mit einer höheren
Leistungsfähigkeit
aufnimmt. Weitere Vorteile können
darin gesehen werden, die Aufhängung,
die Montage und die Ausrichtung des Statorpaketes zu vereinfachen
sowie die konstruktiven Nachteile der bekannten Funktionsebenenträger zumindest
teilweise auszugleichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe folgt durch
einen Funktionsebenenträger
nach Anspruch 1. Die Kernidee besteht darin, die Aufhängung des
Statorpaketes in den Statorkörper
selbst hinein zu verlagern. Dadurch kann der verfügbare Raum
zwischen der Wirkebene des Stators, der sog. Statorebene und der Unterseite
des Statorträgergurts,
der sich theoretisch bis zur Gleitebene selbst erstrecken könnte, vollständig mit
dem Statorpaket ausgefüllt
werden. Nutzt man nur den bei herkömmlichen Systemen vorhandenen
Bauraum, sind nun Statorpakete möglich,
die anstatt einer zwei Statorwicklungen aufnehmen können. Dadurch
können
höhere
Beschleunigungswerte erzielt werden, ohne daß größere oder aufwendigere Statorwicklungsleitungen
erforderlich sind. Weiterhin können
die Beschleunigungsstrecken verkürzt
werden und mögliche
Steigungen des Fahrweges erhöht werden,
so daß ein
vorhandenes Landschaftsprofil konturnäher durchfahren werden kann,
und damit der Strekkenbau vereinfacht wird.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 2
und 3 betrifft ein Statorpaket, das über Klemmbacken zusammengehalten
wird. Solche Statorpakete sind wirtschaftlicher herzustellen, da
sie einen geringeren Versiegelungsaufwand erfordern. Dabei kann
das Haltestück
selbst dazu dienen, die Klemmkräfte
zu übertragen.
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Die Weiterbildungen nach Anspruch
4 und 5 betreffen eine Hülse,
die zum einen die Klemmkräfte zwischen
den Klemmbacken aufnimmt und zum anderen als Lager für das durchgesteckte
Haltestück dient.
Die Hülse
ermöglicht
eine Justierung des Statorpaketes bzgl. des Statorträgergurtes,
bei der die endgültige
Bohrungsgeometrie der Hülse
selbst im justierten Zustand festgelegt wird und so eine besonders
lagegenaue Fixierung über
das Haltestück
erfolgen kann. Gemäß Anspruch
6 kann das Statorpaket vollständig
kraftschlüssig
bzgl. des Statorträgergurts fixiert
werden.
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Die Ansprüche 7 und 8 betreffen eine
Weiterbildung, bei der insbesondere bei tiefen Ausnehmungen für die Statorwicklungen
das Auffächern
der Statorbleche verhindert wird.
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Die Weiterbildungen gemäß Anspruch
9 bis 11 betreffen eine besonders einfache und für die Befestigung vorteilhafte
Ausbildung des Statorträgergurts,
wobei die Weiterbildung gemäß Anspruch
12 und 13 eine redundante Befestigung und/oder Sicherung ermöglicht.
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Der Anspruch 14 betrifft einen erfindungsgemäßen Funktionsebenenträger, bei
dem die wichtigsten Funktionen – Tragen,
Führen,
Antrieb – in
nur zwei Kernbauteilen integriert sind. Die Ausführungen nach Anspruch 15 und
16 betreffen eine Gestaltung der Statorpakete, die eine im Versagensfall
der Befestigung gegenseitige Abstützung der Statorpakete sicherstellt
und einen detektierbaren, der Nutbreite entsprechenden Versatz ermöglicht,
der bei Einsatz entsprechender Sensoren auf der Fahrbahn lokalisiert
werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der Figuren näher
erläutert,
in denen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Funktionsebenenträgers zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Funktionsebenenträgers mit redundanter Aufhängung zeigt;
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3 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Funktionsebenenträger in Integralbauweise
und mit doppelten Statorwicklungen zeigt;
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4 die
Nut und Federkopplung der Statorpakete in Fahrtrichtung darstellt;
und
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5 einen
herkömmlichen
Funktionsebenenträger
mit herkömmlicher
Statorpaketaufhängung zeigt.
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1 zeigt
einen als Schweißkonstruktion ausgebildeten
Funktionsebenenträger 1,
der an seiner Oberseite einen eine Gleitfläche 2 definierenden Obergurt 3 aufweist,
wobei die Gleitfläche
horizontal und in Fahrtrichtung verläuft. An der Außenkante
des Obergurts 3 setzt die vertikal und in Fahrtrichtung verlaufende
Seitenführungsschiene 4 an.
Die Montagefläche 5 wird
durch einen parallel zur Seitenführungsschiene 4 verlaufenden,
nach innen versetzten Vertikalflansch 6 gebildet, der zur
Kopplung an den Hauptträger 7 (siehe 3) mit Montagebohrungen 8 versehen
ist. Am unteren Ende des Vertikalflansches 9 ist der Statorträgergurt 9 befestigt,
der aus einem U-Profil gebildet wird. Dabei nehmen die Seitenflansche 10 des
Statorträgergurts 9 das
Statorpaket 11 auf, das durch vertikal und in Fahrtrichtung verlaufende
Statorbleche 12 (siehe 3)
gebildet wird. Die Statorbleche 12 sind mit Ausstanzungen versehen,
die zum einen die Ausnehmungen 13 für die Statorwicklungen 14 (siehe 3) und zum anderen eine
Bohrung 15 definieren, die das Statorpaket 11 jeweils
quer zur Fahrtrichtung durchsetzen. Das in 1 dargestellte Statorpaket 11 wird
durch Verkleben und Vergießen
der Statorlamellen zu einem Block hergestellt. Zur Befestigung am
Statorträgergurt
dienen Haltestücke 16,
die als Schrauben, Gewindebolzen, Zylinderstifte, Paßschrauben,
etc. ausgebildet sind. Das Haltestück 16 durchsetzt die Bohrung 15 des
Statorpakets 11 sowie entsprechende Montagebohrungen 17 in
den Seitenflanschen 10 des Statorträgergurts 9.
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Obergurt 3, Vertikalflansch 6,
Statorträgergurt 9 und
Seitenführungsschiene 4 sind
miteinander verschweißt.
Zur Verstärkung
sind quer zur Fahrtrichtung verlaufende Rippenbleche 18 sowie
Verbindungsstege 18a eingeschweißt.
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Der Anschluß des vollständigen Funktionsebenenträgers an
den Hauptträger
erfolgt über
ein Adapterstück 19,
das, wie in 3 dargestellt, über entsprechende
Anker 20 in den Betonkörper
des Hauptträgers 7 eingegossen
sind. Das Adapterstück 19 kann
ebenso zum Anschluß an
einen Hauptträger 7, der
in Stahlbauweise gefertigt wurde, ausgebildet sein (nicht dargestellt).
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Zum Anschluß des Funktionsebenenträgers 1 werden
die nach außen
weisenden Stirnflächen 21 der
Adapterstücke 19 so
bearbeitet, daß bei
der Kopplung mit der Montagefläche 5 des
Funktionsebenenträgers 1 die
Fahrspur für
das Magnetschwebefahrzeug mit der erforderlichen Genauigkeit durch die
beiden jeweils an den Außenseiten
des Hauptträgers 7 angebrachten
Funktionsebenenträger 1 definiert
wird.
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Das Statorpaket 11 wird
bei der Montage zusätzlich
zum Funktionsebenenträger 1 justiert,
damit die erforderlichen besonders engen Toleranzen, die für die Wirkflächen 22 der
Statorpakete 11 gelten, eingehalten werden können. Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
zeigt zwischen der Oberseite 23 des Statorpakets 11 und
der Unterseite 24 des Statorträgergurts 9 einen Leerraum,
der etwa die gleiche Höhe
aufweist wie er für
die herkömmliche Befestigung über Nuttraversen
(5) erforderlich ist.
Dieser Leerraum kann nun dadurch genutzt werden, daß das Statorpaket 11 diesen
Raum ausfüllt, und
die Befestigungsstücke 16 zur
Unterseite 24 des Statorträgergurts 9 hin verlagert
werden. Die Ausnehmungen 13 für die Statorwicklungen 14 können tiefer
ausgeführt
werden, so daß zwei
Statorwicklungen 14 aufgenommen werden können, ohne
daß das Profil
des Funktionsebenenträgers
verändert
werden muß.
Das Prinzip dieser Anordnung ist aus 2 und 3 zu entnehmen.
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2 zeigt
ein weiterentwickeltes Statorpaket 11, bei dem die Statorlamellen 12 zwischen
zwei Klemmbacken 25 zusammengepreßt sind. Die Klemmkraft wird
dabei über Klemmelemente 26 aufgebracht,
die entweder auf Statorpaket 11 und Klemmbacken 25 durchsetzenden
Haltestücken 16 oder
auf zusätzlichen
Zugankern 27 sitzen. Die Klemmkraft kann dabei über Gewinde
oder in anderer geeigneter Weise aufgebracht werden.
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Bei vertieften Ausnehmungen 13 für die Aufnahme
mehrerer Statorwicklungen 14 kann der Gefahr, daß sich die
Statorlamellen 12 insbesondere in den Stegbereichen 28 zwischen
den Ausnehmungen 13 voneinander lösen, dadurch begegnet werden, daß die zusätzlichen
Zuganker 27 in diesen Stegbereichen 28 angeordnet
sind.
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Es können auch (nicht gezeigte)
Klemmelemente vorgesehen werden, die die Stegbereiche 28 spangenartig
umfassen, ohne daß sie über die
Wirkfläche 22 hinausragen,
und so die Statorlamellen zusammenhalten. Diese Spangen können gleichzeitig zur
Aufnahme und Fixierung der Statorwicklungen 14 dienen.
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Die Befestigung der Statorpakete 11 in 2 erfolgt über Seitenkonsolen 10a,
die gemeinsam mit dem Statorträgergurt 9 das
Statorpaket 11 im Aufnahmebereich U-förmig umschließen. Die
Seitenkonsolen 10a weisen dabei schlitzartige Ausnehmungen auf,
in die entsprechend verlängerte
Haltestücke 16 eingesetzt
werden. Die so montierten Statorpakete 11 können zusätzlich gesichert
werden, indem die Haltestücke über Aufhängungen 30,
die beispielsweise aus einer Augenschraube 31 bestehen,
mit dem Statorträgergurt 9 gekoppelt
sind. Die Kraftrichtung dieser Aufhängungen 30 ist so
gewählt,
daß sie
das Statorpaket 11 über
das Haltestück 16 in
einer definierten Einbaulage sichert. Im Ausführungsbeispiel nach 2 ragt dabei das Haltestück 16 in
das Auge 31a, wird darin über eine Mutter 32 gesichert,
wobei das Augenschraubegewinde 31b in einen Schlitz 33 im
Statorträgergurt 9 eingeführt wird
und dort mit einem Keil 34 und einer Mutter 31c fixiert
wird. Der Keil dient dabei dazu, eine horizontale Kraft komponente auf
das Haltestück 16 auszuüben, die
es mit dem Statorpaket 11 in einer definierten Lage fixiert.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Funktionsebenenträgers 1,
bei dem die Funktionen in zwei Hauptelemente 35, 36 integriert
sind. Der Obergurt 3 und die Seitenführungsschiene 4 sind
zu einem Winkelprofil 35 zusammengefaßt, während der Vertikalflansch 6 und
der Statorträgergurt 9 gemeinsam
mit den die Statorpakete 11 zumindest abschnittsweise umfassenden Seitenflanschen 10 zu
einem T-artigen Profil 36 zusammengefaßt sind. Dieses T-artige Profil
ist auch ohne die Seitenflansche 10 ausführbar. In
diesem Fall können
die Seitenkonsolen 10a und/oder die Aufhängungen 30 (vgl. 2) an dem im wesentlichen
flachen Statorträgergurt 9 angebracht
werden. Auch andere Profilgeometrien sind möglich. Beispielsweise können Obergurt 3,
Vertikalflansch 6 und Statorträgergurt 9 als Doppel-T-Träger ausgeführt werden
(nicht dargestellt), der an seiner den Fahrbahnrand bildenden Seite
durch eine Seitenführungsschiene 4 verschlossen
ist. Zur Verstärkung sind
auch bei diesen Ausführungen
Rippenbleche 18 und Stege 18a einsetzbar.
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3 zeigt
eine weitere besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung. Auch hier
ist ein Statorpaket 11, dessen Lamellen 12 über zwei
Klemmbacken 25 zusammengepreßt werden, dargestellt. Die
Klemmkraft wird hier über
eine die Bohrung 15 durchsetzende Hülse 37 aufgebracht,
die an ihren Enden mit den Klemmbacken 25 verschweißt ist.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Hülse 37 nur an einem
Ende mit einer Klemmbacke 25 verschweißt ist, während sie am anderen Ende über einen
Kragen und eine entsprechende Ausnehmung in der anderen Klemmbacke 25 axial
in Richtung der Bohrung 15 gesichert ist. Die Aufhängung im
Statorträgergurt 9 erfolgt über einen
Bolzen 38, der die Hülse 37 und
die Montagebohrungen 17 durchsetzt. Besonders einfach und
sicher kann die Montage des Bolzens 38 dadurch erfolgen,
daß dieser
gekühlt (beispielsweise durch
flüssigen
Stickstoff) mit Untermaß eingefügt wird
und nach dem Erwärmen
auf die Umgebungstemperatur mit der Hülse 37 und/oder den
Bohrungen 17 einen Preßsitz
bildet. Dadurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Bolzen 38 und Statorträgergurt 9, 10 sowie
zwischen Bolzen 38 und Hülse 37. Es sind keine
weiteren Befestigungselemente erforderlich. Auch eine betriebsbedingte
Erwärmung
des Statorpaketes lockert den Preßsitz nicht, da sich Bolzen
und Statorpaket gleichförmig
erwärmen.
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Die Hülse 37 erlaubt bei
entsprechender Gestaltung auch eine Nachbearbeitung ihrer Innenfläche, nachdem
das Statorpaket 11 zusammengefügt ist, da, beispielsweise
beim Aufreiben, die Statorlamellen 12 nicht beschädigt werden,
und so nach der Justierung des Statorpaketes 11 in seiner
Einbaulage die Montagebohrungen 17 und der innere Durchgang durch
die Hülse 37 in
einem Zug gefertigt werden können,
und anschließend
nur noch der Bolzen 38 eingesetzt wird. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn sowohl die Montagebohrungen 17 als auch der Durchgang durch
die Hülse 37 nur
noch endbearbeitet, z.B. aufgerieben oder aufgefräst, werden
müssen.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht zweier hintereinander in Fahrtrichtung
angeordneter Statorpakete 11, die an ihren Stirnenden jeweils
mit einer quer verlaufenden Nut 39 bzw. einer quer verlaufenden
Feder 40 ausgebildet sind. Zur besseren Übersichtlichkeit
sind lediglich die Ausnehmungen 13 für die Statorwicklungen dargestellt.
Aufnahmebohrungen, Klemmbacken, oder Statorlamellen sind nicht dargestellt.
Die Nut- und Federverbindung zwischen einzelnen Statorpaketen 11 bietet
eine zusätzliche
Sicherung beim Versagen der Befestigung eines Statorpaketes 11.
In diesem Fall hängt
es nämlich
in der Nut 39 bzw. in der Feder 40 der benachbarten
Statorpakete. Das Statorpaket 11, bei dem die Aufhängung versagt
hat, hängt
dann um die vertikale Komponente der Spaltbreite b ver setzt im Funktionsebenenträger 1.
Dieser Versatz kann durch entsprechende Sensoren erfaßt werden,
die dann ein lokalisierbares Signal abgeben, über das ein defekter Streckenabschnitt
erkannt werden kann. Bei dieser Ausführung hat sich eine Spaltbreite
b zwischen 0,5 und 10 mm als besonders vorteilhaft ergeben. Die
Geometrie der Nut und Federverbindung ist nicht auf die in 4 dargestellte trapezförmige Gestaltung
beschränkt.
Es kann jedes Profil gewählt
werden, das eine formschlüssige
Kopplung in vertikaler Richtung aneinander grenzender Statorpakete
erlaubt.