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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Linearmotor
für elektrische Schienentriebfahrzeuge, insbesondere für eine Spielzeugeisenbahn,
mit auf dem Schienenkörper als Anker des Linearmotors angeordneter regelmäßiger
Folge ferromagnetischer Polstücke, bei dem im Fahrzeug wenigstens ein Elektromagnet
vorgesehen ist, welcher durch eine vom Schienenkörper in Verbindung mit den Polstücken
gesteuerte Schalteinrichtung im Sinne der Erzielung einer in Fahrtrichtung gerichteten
Antriebskraft ein- und wieder ausschaltbar ist.
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Bei einem bekannten Linearmotor dieser Art sind in einem Blechstreifen
Aussparungen vorgesehen und bestehen die Polstücke aus den sich zwischen den Schienen
des Schienenkörpers erstreckenden schwellenartigen Stegen. Von einer im Fahrzeug
vorgesehenen Spannungsquelle aus wird ein Elektromagnet mit stabförmigem Weicheisenstück
über eine Schalteinrichtung gespeist, bei der ein Endstück einer gebogenen Blattfeder
unter Einwirkung der Blattfeder auf die Polstücke und zwischen die Polstücke bewegbar
ist. Somit wirkt bei diesem Linearmotor eines der beiden Kontaktstücke der Schalteinrichtung
unmittelbar mit den Polstücken zusammen, welche also gleichzeitig als Stromzuführung
dienen.
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Die Herstellung der als Anker für den Linearmotor wirkenden Schienenkörper
ist bei diesem bekannten Linearmotor infolge der Steuerung der Schalteinrichtung
in Verbindung mit den Polstücken sehr einfach. Nachteilig sind jedoch die magnetischen
Eigenschaften dieses Linearmotors, weil die Polstücke durch die Aussparungen voneinander
getrennt sind und die magnetischen Kraftlinien sich zwischen zwei Polstücken in
Fahrtrichtung nicht auf geradem Weg durch ferromagnetisches Material schließen können.
Deshalb besitzt dieser bekannte Linearmotor einen schlechten elektromagnetischen
Wirkungsgrad und ein geringes Anzugsmoment.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearmotor der eingangs genannten
Art zu schaffen, der bei besonders einfacher Herstellbarkeit eine Verbesserung des
Anzugsmomentes ermöglicht, indem die Polstücke in Fahrtrichtung auf geradem Weg
durch ferromagnetisches Material miteinander verbunden sind.
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Diese Aufgabe wird bei einem Linearmotor der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polstücke aus den sich zum Elektromagneten
im Fahrzeug hin erstreckenden Bögen eines zwischen den Schienen liegenden, mäanderförmig
gewellten Eisenbleches bestehen.
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Der erfindungsgemäße Linearmotor ist einfach herstellbar, weil die
Polstücke von dem gewellten Eisenblech gebildet sind. Bei dem erfindungsgemäßen
Linearmotor sind auch je zwei Polstücke auf kürzestem Wege durch ferromagnetisches
Material miteinander verbunden, wodurch das Anzugsmoment bei vermindertem Stromverbrauch
verbessert ist. Dies gilt besonders dann, wenn, wie an sich aus dem Bau rotierender
elektrischer Maschinen bekannt, der Abstand aufeinanderfolgender Polstücke dem Abstand
der Schenkel eines U-förmig ausgebildeten Kernes des Elektromagneten entspricht.
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Das die Polstücke tragende Eisenblech des eingangs genannten, bekannten
Linearmotors ist nicht nur zur Bildung der Polstücke und zur Steuerung der Schalteinrichtung
vorgesehen, sondern bildet auch ein in Fahrtrichtung durchgehendes Stück aus elektrisch
leitendem Material. Dabei ist das eine Kontaktstück der Schalteinrichtung von den
Polstücken des stromführenden Eisenbleches gebildet und das andere Kontaktstück
von dem freien Ende eines am Fahrzeug angebrachten blattfederartigen Stromabnehmers.
Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor besteht jedoch bei einer solchen Ausbildung
der Schalteinrichtung die Gefahr, daß der Elektromagnet möglicherweise nicht ausgeschaltet
ist, wenn sich das freie Ende des blattfederartigen Stromabnehmers zwischen zwei
Polstücken befindet und mit dem Eisenblech in elektrisch leitender Verbindung steht.
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Zur Vermeidung dieser Möglichkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor
vorzugsweise von einer anderen bekannten Steuereinrichtung Gebrauch gemacht. Es
ist nämlich auch ein Linearmotor der eingangs genannten Art bekannt, bei dem beide
Kontakte der Schalteinrichtung im Fahrzeug angeordnet sind. Eine mit der Schalteinrichtung
verbundene und von den Polstücken betätigte Steuereinrichtung am Fahrzeug weist
dabei keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Eisenblech und der Schalteinrichtung
auf. Während bei diesem bekannten Linearmotor jedoch die Stromzuführung von einer
im Fahrzeug mitgeführten Batterie erfolgt, sollen beim Gegenstand der Erfindung
die Polstücke weiterhin als Stromzuführung dienen, und es steht in an sich ebenfalls
bekannter Weise für die Stromabnahme ein federnd an der Unterseite des Fahrzeuges
angebrachter und mit den Polstücken zusammenwirkender, in sich starrer Stromabnehmerbügel
stets mit mehreren Polstücken in Berührung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor ist die Herstellung der Polstücke
einfach. Daher ist es von Vorteil, wenn zur Umsteuerung der Fahrtrichtung zwei wechselweise
an Spannung legbare, in Fahrtrichtung nebeneinander verlaufende mäanderförmig gewellte
Eisenbleche vorgesehen sind, die mit verschiedenen Stromabnehmerbügeln und Elektromagneten
im Fahrzeug zusammenarbeiten und mittels eines Umschalters wahlweise an Spannung
legbar sind.
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Bei einem derartigen Linearmotor wird mittels des Umschalters die
Zuordnung der Steuerung der Schalteinrichtung zu dem von ihr gesteuerten Elektromagneten
in bezug auf die Polstückfolge der beiden Eisenbleche geändert.
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An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen sei die
Erfindung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Fahrzeug auf einem Schienenkörper mit Linearmotor,
F i g. 2 eine Einzelheit aus F i g. 1, F g . 3 einen Linearmotor mit Schalteinrichtung
und Steuereinrichtung, F i g. 4 einen Linearmotor mit zwei gewellten Eisenblechen,
F i g. 5 einen an mehreren Polstücken anliegenden Stromabnehmerbügel und F i g.
6 ein gewelltes Eisenblech.
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F i g. 1 und 2 zeigen ein in Form eines auf Rädern 2 in einem Schienenkörper
1' geführten Rahmens 3 angedeutetes Fahrzeug 39. An dem Rahmen 3 ist ein Elektromagnet
4, bestehend aus einer Spule und einem diese durchdringenden stabartigen Weicheisenstück
5, befestigt. In der Mitte zwischen den Schienen 1 des Schienenkörpers 1' ist auf
dem. Schienenkörper mittels einer Zwischenlage 7 gegen den Schienenkörper isoliert
ein mäanderförmig gewelltes Eisenblech 6 aus Weicheisen befestigt. Die
Betriebsspannung
für den Elektromagneten 4 wird von einer Spannungsquelle U b einerseits unmittelbar
dem Eisenblech 6 und andererseits dem Schienenkörper 1' zugeführt. Die Abnahme des
Stromes für den Elektromagneten 4 erfolgt mittels zweier Stromabnehmer 8 und 8'.
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Das Eisenblech 6 hat in Aufeinanderfolge hervorstehende Teile, die
magnetische Polstücke 9,10,11 bilden. Das Weicheisenstück 5 hat in Fahrtrichtung
betrachtet eine Erstreckung a, die geringer ist als der mittlere Abstand D aufeinanderfolgender
Polstücke 9, 10, 11. Befindet sich das Weicheisenstück 5 genau in
der Mitte zwischen zwei Polstücken, z. B. 10 und 11, so wird es bei Erregung des
Elektromagneten 4 in seiner Lage verbleiben. Wird jedoch das Weicheisenstück 5 nur
geringfügig, z. B., wie dargestellt, nach links aus dieser indifferenten Zone JZ
verschoben, so nehmen die Kräfte zwischen dem Weicheisenstück 5 und dem Polstück
10 ab und die magnetischen Kräfte zwischen dem Weicheisenstück 5 und dem Polstück
11 zu. Das Weicheisenstück 5 wird also unter gleichzeitiger Mitbewegung des Rahmens
3 nach links gezogen.
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Wesentlich ist, daß bei rollendem Fahrzeug der Elektromagnet 4 jeweils
dann eingeschaltet wird, wenn er, in Fahrtrichtung betrachtet, die indifferente
Zone JZ überschritten hat. Der Elektromagnet 4 wird dann vor Erreichung der Endzone
EZ abgeschaltet, damit das Fahrzeug mit der ihm während des Anzugsvorganges erteilten
Bewegungsenergie bis zur nächsten indifferenten Zone JZ weiterrollt, um zum nächsten
Anzugsvorgang zu kommen. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist dies dadurch
erreicht, daß der Stromabnehmer 8 mittels eines Kontaktrades in Fahrtrichtung zu
dem Weicheisenstück 5 des Elektromagneten 4 so angeordnet ist, daß bei Überschreiten
der indifferenten Zone JZ durch das Weicheisenstück 5 das Kontaktrad mit einem Polstück,
z. B. 9, in leitende Verbindung kommt und so lange auf dem Polstück abrollt, bis
das Weicheisenstück 5 in den Bereich der Endzone EZ kommt. Das Kontaktrad des Stromabnehmers
8 ist sodann frei, weil es sich zwischen den Polstücken 9 und 10 befindet, und erst
bei Überschreiten der in Fahrtrichtung nächsten indifferenten Zone kommt das Kontaktrad
wieder mit der Stromzuführung, in diesem Fall dem Polstück 10,
in leitende
Verbindung. Das Fahrzeug 39 erhält also je überfahrenes Polstück nur einmal einen
kurzer Anstoß und fährt dann von selbst weiter.
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Aus dem Vorstehenden ist auch ersichtlich, daß bei der angewendeten
Art von Schalteinrichtung für die Ein- und Ausschaltung des Elektromagneten
4 die Länge b des einzelnen Polstücks 9,10,11 dafür maßgebend ist, wie lange
der Elektromagnet eingeschaltet bleibt, und der Zwischenraum zwischen benachbarten
Polstücken dafür, wie lange der Elektromagnet zwischen aufeinanderfolgenden Anzugsvorgängen
ausgeschaltet ist. Besonders zweckmäßig hat sich ein Verhältnis der Längen Polstück
(Mitte) bis indifferente Zone zu Polstückbreite in Fahrtrichtung wie etwa 3 : 2
erwiesen.
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An Stelle des magnetisch einen nur geringen Wirkungsgrad aufweisenden
stabartigen Weicheisenstückes 5 ist gemäß F i g. 3 ein U-förmig ausgebildetes Weicheisenstück
5' vorgesehen. Die beiden Schenkel des U-förmigen Weicheisenstückes 5' treten an
die Stelle des einzelnen stabartigen Weicheisenstückes 5. Es wird nicht nur eine
Verdoppelung der die Antriebskraft liefernden Pole, sondern auch eine wesentliche
Verringerung des Streuflusses erreicht. Eine leichte Montage der Spule des Elektromagneten
4 läßt sich dadurch erreichen, daß, wie es in F i g. 3 angedeutet ist, die Spule
in zwei Einzelspulen unterteilt auf den beiden Schenkeln des U-förmigen Weicheisenstückes
5' angeordnet ist.
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In F i g. 3 ist zugleich eine andere Art der Steuerung und der Schalteinrichtung
für den Elektromagneten 4, 5 gezeigt. Die Schalteinrichtung 23 besteht aus zwei
Kontaktfedern 17, 18, die über eine Steuereinrichtung 23' betätigt
werden. Die Steuereinrichtung 23' besteht aus einem Bügel 12, der
in einem zugleich die Kontaktfedern 17, 18 isoliert tragenden und am Weicheisenstück
5' des Elektromagneten 4 durch Verschraubung befestigten Tragarm 14. gleitend geführt
ist. Mittels einer Feder 13 wird der Bügel 12 von oben auf die Polstücke 9,10 gedrückt,
wobei eine Anschlagscheibe 15 ein zu weites Eintauchen des Bügels 12 zwischen
die Polstücke 9,10 verhindert. Ein stabförmiger Teil 16 des Bügels 12 ist in seiner
Länge derart bemessen, daß bei auf einem Polstück, z. B. 9, aufgeglittenem Bügel
12 die Kontaktfedern 17, 18 zusammengedrückt werden und somit die
elektrische Verbindung geschlossen wird. Andererseits ist der Federweg des Bügels
12 und damit seines stabförmigen Teiles 16 so gewählt, daß bei einem zwischen aufeinanderfolgenden
Polstücken, z. B. 9 und 10, befindlichen Bügel 12 die Kontaktfedern 17,18 sich voneinander
entfernen und damit die Verbindung geöffnet wird. Es ist auf diese Weise eine mechanisch
unempfindliche Steuereinrichtung erreicht.
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Der vorstehend erläuterte Liniarmotor bedarf zum Anfahren, wenn er
sich nicht gerade außerhalb einer indifferenten Zone JZ befindet, eines kurzen Anstoßes.
Dies läßt sich jedoch ohne weiteres natürlich dadurch vermeiden, daß mehrere Elektromagneten
in Fahrtrichtung verteilt derart versetzt angeordnet werden, daß in zyklischer Reihenfolge
abwechselnd wenigstens einer dieser Elektromagneten sich außerhalb der für ihn gerade
maßgebenden indifferenten Zone, und zwar in dem für den gewünschten Antrieb möglichen
Bewegungsbereich befindet.
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Eine Möglichkeit zur Umsteuerung der Fahrtrichtung besteht darin,
daß als Schalteinrichtungen, wie es in F i g. 4 schematisch angedeutet ist, für
die Elektromagneten 33 und 34 getrennte Stromabnehmerbügel 37, 38
vorgesehen werden, die entsprechend dem an Hand F i g. 1 erläuterten Prinzip mit
ihrem zugehörigen Elektromagneten 33 bzw. 34 für Rechtsfahrt bzw. Linksfahrt
angeordnet sind. Jeder der Stromabnehmerbügel 37, 38 gleitet auf den Polstücken
eines nur für ihn vorgesehenen, als Kontaktschiene dienenden Eisenbleches 6, 6',
die zugleich die Polstücke stellen. Mittels eines Umschalters 36 wird, wie dargestellt,
z. B. das Eisenblech 6 an Spannung gelegt. Es erhält dann nur der Elektromagnet
34 im Rhythmus der Rechtsfahrt Stromimpulse. Nach Umlegen des Umschalters
36 wird der Elektromagnet 33 für Linksfahrt entsprechend gespeist.
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In F i g. 5 ist gezeigt, wie bei Ausbildung der Schalteinrichtung
entsprechend F i g. 3 von den Polstücken kontinuierlich eine Stromabnahme erfolgt.
Auf der Unterseite des Fahrzeugs 39 ist an den Polstücken des mäanderförmig gewellten
Eisenbleches 6, das als die eine der beiden Stromzuleitungen dient, in an sich bekannter
Weise mittels zweier Federn 40 ein
in sich starrer Stromabnehmerbügel
41 befestigt. Die Stromleitung erfolgt vom Eisenblech 6 aus über den Bügel 41 zu
den isoliert am Fahrzeugunterteil befestigten Federn 40, an denen der eine Stromanschluß
im Fahrzeug 39 abgenommen wird. Für den Bügel 41 empfiehlt sich eine derartige Länge,
daß sich dieser über wenigstens drei Polstücke erstreckt, da bei einer kürzeren
Länge ein ständiges Wippen des Bügels 41 nur schwer zu vermeiden ist.
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Für die Ausbildung der Schienen und der Polstücke besteht eine Reihe
von Möglichkeiten. Die wohl zuverlässigste Form ist für den Schienenkörper mit Polstücken
die in der F i g. 1 gezeigte, wobei auch die Breite des mäanderförmigen Eisenbleches,
das zweckmäßig aus nichtrostendem Material besteht, und damit auch die Breite der
Polflächen der Elektromagneten wesentlich größer gewählt werden kann, beispielsweise
so groß, daß sich das Eisenblech 6 fast bis an die eigentlichen Schienen 1 hin erstreckt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform für den Schienenkörper mit Polstücken
ist in F i g. 6 gezeigt. Der Schienenkörper 1 selber besteht aus diamagnetischem
oder nur schwach magnetischem oder überhaupt unmagnetischem Material, demgegenüber
das die Polstücke bildende Eisenblech ferromagnetisch ist. Beispielsweise besteht
der Schienenkörper aus einem den geforderten Schienenquerschnitt aufweisenden Profilstrang
aus Kunststoff, in den das Eisenblech bei der Fertigung bereits mit eingegossen
oder eingepreßt oder nachträglich eingesetzt ist. Die eigentlichen Schienen 1 können
in diesem Fall aus Kunststoff bestehen, wobei dann gesonderte Stromzuführungen,
beispielsweise Überleitungen oder Nebenleitungen, erforderlich sind. Es kann auch
ein die Polstücke enthaltendes gewelltes Eisenblech in dem Schienenkörper aus Kunststoff
derart eingebettet werden, daß seine Polstücke teilweise für die Stromzuführung
und Profilsteuerung frei liegen. Auch können die eigentlichen Schienen 1 aus Metall
bestehen, um als Stromzuleitung zu dienen.
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Bei der Form nach F i g.1 ist die Mäanderform des Eisenbleches etwas
verschieden von der Form nach F i g. 6, die sich für Profilsteuerungen etwas besser
eignet und eine Sinusform darstellt.