DE10357264A1

DE10357264A1 - Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme

Info

Publication number: DE10357264A1
Application number: DE2003157264
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. De Haas; Ludwig Prof. Dr. Schultz; Christoph Beyer
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: DE10357264B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, nämlich für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen, die mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfach gestaltete und zuverlässig funktionierende Einrichtungen zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme zu entwickeln. DOLLAR A Erfindungsgemäß weisen die Fahrschienen am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung auf, an die sich in Fahrtrichtung zwei oder mehrere Magnetschienenstücke anschließen, wobei DOLLAR A a) im Falle magnetischer Dipole mindestens zwei, zu einem Dipol quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke vorhanden sind und im Falle gegenpoliger Fahrschienen quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke um einen halben oder ganzen Abstand zwischen gegenpoligen Schienen verlagert stationär angeordnet und teilweise magnetisch umpolbar ausgeführt sind oder wobei DOLLAR A b) die Magnetschienenstücke quer zur Fahrtrichtung seitlich verschiebbar angeordnet sind oder wobei DOLLAR A c) im Falle gegenpoliger Fahrschienen die Magnetschienenstücke mit den Fahrschienen fluchtend stationär angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, nämlich für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen die mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden.
Supraleitende Magnetschwebesysteme benötigen einen Fahrweg, der ein magnetisches Feld zur Verfügung stellt, welches entlang des Fahrweges konstant ist, senkrecht zu diesem aber einen starken Feldgradienten aufweist. Im Fahrzeug oder der Transporteinrichtung angebrachte Supraleiter können sich an diesem Magnetfeld festhalten, wenn es sich um Supraleiter II. Art handelt. Ein Supraleiter II. Art ist ein elektrisch leitfähiges Material, dessen spezifischer Widerstand unendlich klein ist. Er unterscheidet sich vom Supraleiter I. Art durch die Möglichkeit, Magnetfelder eindringen zu lassen.
Magnetfelder können Supraleiter der II. Art in Form von quantisierten Flussschläuchen durchdringen, die durch nanoskalige Ausscheidungen oder Baufehler in der supraleitenden Matrix festgehalten werden können. Dadurch ist es möglich Magnetfeldkonfigurationen in einem solchen Supraleiter zu speichern. Wird das vom Fahrweg erzeugte Magnetfeld durch Abkühlen des Supraleiters in einem festen Abstand zum Fahrweg vom normal leitenden in den supraleitenden Zustand im Supraleiter gespeichert, so beantwortet der Supraleiter eine Auslenkung aus der vorgegebenen Position mit Rückstellkräften, die ihn in die Ausgangslage zurückziehen. Da das Magnetfeldprofil entlang des Fahrweges konstant ist, kann sich der Supraleiter entlang des Fahrweges frei bewegen. Damit kann eine berührungslose, reibungsfreie Lagerung und Spurführung für Transportsysteme realisiert werden.
Es sind bereits mehrere, in ihrer Ausgestaltung unterschiedliche supraleitende Magnetschwebesysteme bekannt.
So ist in der US 5,631,617 ein supraleitendes Magnetschwebesystem beschrieben, bei dem der Fahrweg aus einer weichmagnetischen Schiene besteht und bei dem an der Unterseite eines Fahzeuges oder einer Transporteinrichtung ein Hartmagnet und ein Supraleiterelement angeordnet sind. Das Supraleiterelement soll die Hebekraft und die Führungskraft zwischen dem Hartmagneten und der weichmagnetischen Schiene stabil halten.
Bei einem anderen Magnetschwebesystem sind drei nebeneinander angeordnete Hartmagnetschienen nebeneinander als Fahrweg vorhanden und am Fahrzeug ist eine Magnetteileanordnung vorhanden, bestehend aus der Kombination von Supraleiter und Hartmagnet ( DE 102 18 429 A1 ). Das Supraleiterelement dient mittels des in ihm eingefrorenen Magnetfeldes zur Aufrechterhaltung einer berührungslosen, reibungsfreien Lagerung und Spurführung entlang des Fahrweges. Mit dem in der Kombination Supraleiter/Hartmagnet vorhandenen Hartmagneten wird im Falle einer möglichen Unterbrechung der Supraleiterwirkung das Fahrzeug am Fahrweg festgehalten und so gegen Entgleisung oder Absturz gesichert.
Es ist auch ein supraleitendes Magnetschwebesystem bekannt, bei dem der Fahrweg aus der Kombination eines Hartmagneten und einem Supraleiterelement besteht und bei dem am Fahrzeug mehrere Hartmagnete angeordnet sind, von denen ein Teil unter den Fahrweg greifen ( EP 0 836 034 A2 ). Das Supraleiterelement dient auch hier mittels des in ihm eingefrorenen Magnetfeldes zur Aufrechterhaltung einer berührungslosen, reibungsfreien Lagerung und Spurführung entlang des Fahrweges. Die Besonderheit dieser Lösung besteht darin, dass mit den unter den Fahrweg greifenden Hartmagneten eine besonders stabile, vibrationsfreie Bewegung des Fahrzeugs über dem Fahrweg erreicht werden soll.
Allen bekannten supraleitenden Magnetschwebesystemen ist gemeinsam, dass keine Einrichtungen zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen vorhanden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfach gestaltete und zuverlässig funktionierende Einrichtungen zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, bei denen Fahrzeuge und Transporteinrichtungen mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden, zu entwickeln. Als Fahrweg sollen dabei mindestens ein magnetischer Dipol als Fahrschiene oder mindestens zwei gegenpolige magnetische Fahrschienen berücksichtigt werden. Die Einrichtungen sollen so konzipiert sein, dass keine mechanischen Bewegung innerhalb der Fahrzeuge und Transporteinrichtungen auftreten.
Diese Aufgabe ist mit den in den Patentansprüchen dargestellten Einrichtungen gelöst.
Erfindungsgemäß weisen die Fahrschienen am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung auf, an die sich in Fahrtrichtung zwei oder mehrere Magnetschienenstücke anschließen, wobei

a) im Falle magnetischer Dipole mindestens zwei, zu einem Dipol quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke vorhanden sind und im Falle gegenpoliger Fahrschienen quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke um einen halben oder ganzen Abstand zwischen gegenpoligen Schienen verlagert stationär angeordnet und teilweise magnetisch umpolbar ausgeführt sind, oder wobei
b) die Magnetschienenstücke quer zur Fahrtrichtung seitlich verschiebbar angeordnet sind, oder wobei
c) im Falle gegenpoliger Fahrschienen die Magnetschienenstücke mit den Fahrschienen fluchtend stationär angeordnet sind.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung können die Magnetschienenstücke aus einem mit einer elektromagnetischen Spule gekoppelten weichmagnetischen Werkstoff bestehen, wobei die Umschaltung der Magnetisierungsrichtung durch Umpolen der elektromagnetischen Spule realisierbar ist.
Die Magnetschienenstücke können auch aus einem permanentmagnetischen Werkstoff bestehen, der durch einen elektromagnetisch erzeugten Feldimpuls in seiner Magnetisierungsrichtung umschaltbar ist.
Des weiteren können die Magnetschienenstücke erfindungsgemäß auch aus supraleitenden Magneten bestehen.
Für den erfindungsgemäß vorgesehenen Fall, dass fluchtend stationär angeordnete Magnetschienenstücke verwendet werden, können zweckmäßigerweise in Höhe der Fahrzeuge und Transporteinrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen angeordnet sein, mit denen zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung ein Impuls mit zur Fahrtrichtung senkrechter Komponente auf die Fahrzeuge und Transporteinrichtungen ausgeübt werden kann. Diese Vorrichtungen können zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung mit Mitteln zur magnetischen oder mechanischen Krafteinwirkung ausgerüstet sein.
Mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen werden die grundlegenden Voraussetzungen für den Betrieb supraleitender Magnetschwebesysteme auf verzweigten Fahrwegen geschaffen. Dabei bleiben die wesentlichen Merkmale der reibungsfreien und damit abriebfreien nichtmechanischen Lagerung dieser Magnetschwebesysteme bestehen. Insbesondere lassen sich durch kurze Schaltzeiten schnelle Verteilsysteme realisieren. Die Einrichtungen arbeiten fast geräuschlos und sind auch in sauberer Umgebung, z.B. in Reinräumen, vorteilhaft einsetzbar.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1, 2a, 2b: eine Einrichtung mit einem Fahrweg, der aus einem magnetischen Dipol und zwei Dipol-Magnetschienenstücken besteht,
3, 4a, 4b: eine Einrichtung mit 3 Fahrwegen mit jeweils 3 Fahrschienen,
5a und 5b: eine Einrichtung mit 3 Fahrwegen mit jeweils 4 Fahrschienen,
6: eine Einrichtung ohne Magnetschienenstücke und mit 3 Fahrwegen mit jeweils 3 Fahrschienen,
7: eine weitere Einrichtung mit 3 Fahrwegen mit jeweils 4 Fahrschienen.
Beispiel 1
Die in 1 und 2 dargestellte Einrichtung stellt eine Verzweigung eines Fahrweges 1 auf die Fahrwege 1a und 1b dar. Der Fahrweg 1 besteht aus einem magnetischen Dipol 1 dessen Feldverlauf im Schienenquerschnitt in 1 dargestellt ist. Das Fahrzeug 2 schwebt im Magnetfeld über dem Dipol. Die Fahrschienen 1a und 1b sind magnetisch umpolbar, stationär und zum Dipol 1 versetzt angeordnet.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 1 auf die Unterbrechung zubewegt auf den Fahrweg 1a geleitet, falls die magnetisch umpolbaren Magnetschienenstücke 1a und 1b auf die in 2a gekennzeichnete Polarität geschaltet sind. Falls die Magnetschienenstücke 1a und 1b auf die in 2b gekennzeichnete Polarität geschaltet sind, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 1b geleitet.
Beispiel 2
Die in den 3 und 4 dargestellten Einrichtung ist für drei Fahrwege 6, 7 und 8 ausgelegt. Der Fahrweg 6 besteht aus den Fahrschienen 9, 10 und 11, der Fahrweg 7 aus den Fahrschienen 12, 13 und 14 und der Fahrweg 8 aus den Fahrschienen 15, 16 und 17, wobei die Fahrschienen 14 und 15 zusammengeführt sind. Die Fahrschienen weisen die in der 4a gekennzeichnete magnetische Polarität auf. 3 zeigt den Feldlinienverlauf in der Ansicht des Schienenquerschnitts zwischen den gegenpoligen Fahrschienen. Im Bereich der Unterbrechung der Fahrschienen sind vier Magnetschienstücke 18, 19, 20 und 21 stationär angeordnet. Die mittleren Magnetschienenstücke 19 und 20 sind magnetisch umpolbar ausgeführt. Die äußeren Magnetschienenstücke 18 und 21 besitzen die gleiche magnetische Polarität wie die äußeren Fahrschienen 9, 11, 12 und 17 auf.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 6 auf die Unterbrechung zubewegt auf den Fahrweg 7 geleitet, falls die magnetisch umpolbaren Magnetschienenstücke 19 und 20 auf die in 4a gekennzeichnete Polarität geschaltet sind. Falls die Magnetschienenstücke 19 und 20 auf die in 4b gekennzeichnete Polarität geschaltet ist, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 8 geleitet.
Beispiel 3
Die in den 5 dargestellten Einrichtung ist für drei Fahrwege 22, 23 und 24 ausgelegt, die jeweils aus 4 Fahrschienen bestehen. Der Fahrweg 23 besteht aus den Fahrschienen 25 bis 28, der Fahrweg 23 aus den Fahrschienen 40 bis 43 und der Fahrweg 24 aus den Fahrschienen 44 bis 47, wobei die Fahrschienen 43 und 44 zusammengeführt sind. Die Fahrschienen weisen die in der 5a gekennzeichnete magnetische Polarität auf. Im Bereich der Unterbrechung der Fahrschienen sind die elf Magnetschienstücke 29 bis 39 stationär angeordnet. Die mittleren Magnetschienenstücke 30, 31 und 32 und die zusammengeführten Fahrschienen 43 und 44 sind magnetisch umpolbar ausgeführt.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 22 auf die Unterbrechung zubewegt auf den Fahrweg 23 geleitet, falls die magnetisch umpolbaren Magnetschienenstücke 30, 31, 32 und die zusammengeführten Magnetschienenstücke 43 und 44 auf die in 5a gekennzeichnete Polarität geschaltet sind. Falls die Magnetschienenstücke 30, 31, 32, 43 und 44 auf die in 5b gekennzeichnete Polarität geschaltet sind, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 24 geleitet.
Beispiel 9
Die in den 6 dargestellte Einrichtung ist die für drei Fahrwege 48, 49 und 50 ausgelegt. Der Fahrweg 48 besteht aus den Fahrschienen 56, 57 und 58, der Fahrweg 49 aus den Fahrschienen 51, 52 und 53 und der Fahrweg 50 aus den Fahrschienen 53, 54 und 55. Die Fahrschiene 53 gehört also sowohl zum Fahrweg 49 als auch zum Fahrweg 50. Die Fahrschienen weisen die mit S (Süd) und N (Nord) gekennzeichnete magnetische Polarität auf. An der Position der Unterbrechung des Fahrwegs, treffen jeweils Fahrschienen mit entgegen gerichteter Polarität fluchtend aufeinander.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 48 auf die Unterbrechung des Fahrwegs zu bewegt auf den Fahrweg 49 geleitet, falls es in Höhe der Unterbrechung einen Impuls nach links bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt. Falls es einen Impuls nach rechts bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 50 geleitet.
Beispiel 5
Die in den 7 dargestellte Einrichtung ist für die drei Fahrwege 59, 60 und 61 ausgelegt. Der Fahrweg 59 besteht aus den vier Fahrschienen 62, 63, 64 und 65, der Fahrweg 60 aus den Fahrschienen 72, 73, 74 und 75 und der Fahrweg 61 aus den Fahrschienen 76, 77, 78 und 79. Die Fahrschienen weisen die mit S (Süd) und N (Nord) gekennzeichnete magnetische Polarität auf. Im Bereich der Unterbrechung des Fahrwegs sind die Magnetstücke 66 bis 71 stationär angeordnet. Die magnetische Polarität ist dauerhaft so festgelegt, dass jeweils Fahrschienen mit entgegen gerichteter Polarität fluchtend aufeinander treffen.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 59 auf die Unterbrechung des Fahrwegs zu bewegt auf den Fahrweg 60 geleitet, falls es in Höhe der Unterbrechung jeweils für den Übergang vom Fahrweg 59 auf die Magnetschienenstücke 66 bis 71 und den Übergang von den Magnetschienenstücken 66 bis 71 auf die Fahrwege 60 oder 61 einen Impuls nach links bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt. Falls die Impulse auf das Fahrzeug jeweils nach rechts bezogen auf die Fahrtrichtung erfolgen, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 61 geleitet.

Claims

Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen die mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden, wobei für den Fahrweg mindestens ein magnetischer Dipol als Fahrschiene oder mindestens zwei gegenpolige magnetische Fahrschienen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung die Fahrschienen eine Unterbrechung aufweisen, an die sich in Fahrtrichtung zwei oder mehrere Magnetschienenstücke anschließen, wobei a) im Falle magnetischer Dipole mindestens zwei, zu einem Dipol quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke vorhanden sind und im Falle gegenpoliger Fahrschienen quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke um einen halben oder ganzen Abstand zwischen gegenpoligen Schienen verlagert stationär angeordnet und magnetisch umpolbar ausgeführt sind, oder wobei b) die Magnetschienenstücke quer zur Fahrtrichtung seitlich verschiebbar angeordnet sind, oder wobei c) im Falle gegenpoliger Fahrschienen die Magnetschienenstücke mit den Fahrschienen fluchtend stationär angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschienenstücke aus einem mit einer elektromagnetischen Spule gekoppelten weichmagnetischen Werkstoff bestehen, wobei die Umschaltung der Magnetisierungsrichtung durch Umpolen der elektromagnetischen Spule realisierbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschienenstücke aus einem permanentmagnetischen Werkstoff bestehen, der durch einen elektromagnetisch erzeugten Feldimpuls in seiner Magnetisierungsrichtung umschaltbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschienenstücke aus supraleitenden Magneten bestehen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von fluchtend stationär angeordneten Magnetschienenstücken in Höhe der Fahrzeuge und Transporteinrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen angeordnet sind, mit denen zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung ein Impuls mit zur Fahrtrichtung senkrechter Komponente auf die Fahrzeuge und Transporteinrichtungen ausgeübt werden kann.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung mit Mitteln zur magnetischen oder mechanischen Krafteinwirkung ausgerüstet sind.