DE19512107B4

DE19512107B4 - Spurgeführtes Transportsystem mit berührungsloser Energieübertragung

Info

Publication number: DE19512107B4
Application number: DE19512107A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Wunderlich; Ulrich Dipl.-Ing. Ansorge; Michael Dipl. Phys. Aldinger; Anton Seelig; Bernhard Dr. Huder
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Alstom GmbH
Current assignee: Alstom GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: DE19512107A1; BR9604860A

Abstract

Spurgeführte Transporteinrichtung mit berührungsloser Energieübertragung mit einer Fahrstrecke (16) aus Trag- und Spurführungselementen, auf der ein Fahrzeug (10) geführt ist, welches Mittel zur Spurhaltung (18) und zum Fortbewegen (17) längs der Fahrstrecke und einen Übertragerkopf (2) als Sekundärteil zur Energieübertragung von einem längs der Fahrstrecke verlegten Primärteil aufweist, wobei der am Fahrzeug (10) angebrachte Übertragerkopf (2) aus einem Ferritkern und einer diesen Ferritkern umfassenden Sekundärwicklung besteht, welche mit dem Primärteil magnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil aus einem offenen koaxialen, U-förmigen Außenleiter (7) und einem auf einer auf isolierenden Leiterstütze (5) angeordneten Mittelleiter (6) besteht, wobei der Mittelleiter (6) an dem von der Einspeisestelle entfernten Ende der Leiteranordnung an den Außenleiter (7) angeschlossen ist, dass der Ferritkern des Übertragerkopfes (2) U-förmig ausgebildet ist, und dass der Mittelleiter (6) von dem U-förmigem Ferritkern umgeben ist, und dass Mittel zu einer leitungsgebundenen, kontinuierlichen Informationsübertragung mit einer Feststation (12) auf das...

Description

Die Erfindung betrifft eine spurgeführte Transporteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Transporteinrichtung ist aus der WO 92/17929 bekannt.
Dort wird eine Doppelleitung beschrieben, bei der die Leiter auf Stützen aus magnetisch und elektrisch nichtleitendem Material befestigt sind. Diese Doppelleitung wird von einem E-förmigen Ferritkern umgeben, dessen Mittelschenkel tief in den Raum zwischen den Leitern hineinragt und die Sekundärwicklung trägt, über welche Energie abgenommen und dem Verbraucher auf dem spurgeführten Fahrzeug zugeführt wird. Die bekannte induktive Energieübertragung besteht im einfachsten Fall aus einem Mittelfrequenzgenerator, der eine Leiterschleife mit einem Strom höherer Frequenz, beispielsweise im kHz-Bereich speist.
Da bei Kurvenfahrten oder dem Passieren von Weichen das Fahrzeug nicht ohne ein gewisses Spiel auf seiner Spur laufen kann, sind die Einsatzmöglichkeiten eines Fahrzeugs mit einer solchen Energieübertragung begrenzt.
Für die Steuerung und den automatischen Belade- und Entladevorgang an den Haltepunkten sind keine Mittel vorgesehen, welche eine Informationsübertragung ermöglichen.
Bei einer Energieübertragung gemäß der WO 92/17929 sind zunächst einmal die Doppelleitungen nicht geschirmt und der Abstand der Leiter der Doppelleitung verursacht eine hohe Induktivität der Leitung. Der Abstand der Leitung muss deshalb einen Mindestwert haben, da die Mittelschenkel des E-Kerns, der die Sekundärwicklung trägt, zwischen den Leitern geführt werden muss. Bei den hohen Übertragungsfrequenzen für die Energie verursachen Leitungsinduktivitäten dieser Größenordnung hohe induktive Spannungsabfälle, die durch einen hohen Aufwand an Kondensatoren kompensiert werden müssen. Daher ist auch die realisierbare Länge nach dem Stand der Technik ein entscheidendes Hindernis für die praktische Anwendung auf längeren Strecken.
Aus der DE 43 05 233 A1 ist eine Einrichtung zum kontinuierlichen Informationsaustausch zwischen einer Trasse und auf dieser geführten Fahrzeugen bekannt. Dort ist vorgesehen, Steuerbefehle und Statusmeldungen zwischen den Fahrzeugen und einer Bereichssteuerzentrale über ein entlang der Trasse verlegtes Leckkabel auszutauschen.
Aus der DE 23 10 385 A1 und aus der DE 22 09 792 B2 sind Vorrichtungen zur Befestigung einer abstrahlenden Hochfrequenz-Leitung auf den Schwellen einer Schienenanlage bekannt, die zur Übertragung von Signalen zu schienengebundenen Fahrzeugen dienen.
Aus der DE 24 04 363 B2 ist eine Anordnung zur Übertragung von Signalen zwischen einem Fahrzeug und einem ortsfesten Gerät mit einem Koaxialleiter mit geschlitztem Außenleiter bekannt, der längs der Bahn des Fahrzeuges angeordnet ist.
Aus der DE 692 01 284 T2 ist eine Ortungsanlage mittels elektromagnetischer Wellen ultrahoher Frequenz bekannt. Es sind ein einen Wellenleiter bildendes hohles Rohr, Mittel zum Speisen dieses Wellenleiters mit Mikrowellen sowie eine Ortungsantenne vorhanden.
Bei der DE 44 46 779 C2 handelt es sich um eine nachveröffentlichte Druckschrift. Dort ist eine Anordnung zur berührungslosen induktiven Übertragung elektrischer Leistung beschrieben, bei der ein als langgestreckte parallele Leiteranordnung ausgebildeter ruhender Primärkreis und ein an einem bewegbaren Verbraucher angebrachter Übertragerkopf vorgesehen sind. Eine Informationsübertragung ist bei der DE 44 46 779 C2 jedoch nicht vorgesehen.
Bei der DE 44 12 958 A1 handelt es sich ebenfalls um eine nachveröffentlichte Druckschrift. Dort ist eine Datenübertragungseinrichtung beschrieben, die einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie zugeordnet sein und mit dieser eine Baueinheit bilden kann. Die Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie ist in der DE 44 12 958 A1 jedoch nicht näher beschrieben.
Aus der SU 659 426 ist eine berührungslose Energieübertragung elektrischer Energie auf einen bewegbaren Verbraucher bekannt, die mit einem als langgestreckte Leiteranordnung ausgebildeten ruhenden Primärkreis und einem am bewebbaren Verbraucher angebrachten Übertragerkopf versehen ist. Eine Informationsübertragung ist in der SU 659 426 nicht offenbart.
Aus der US 4 833 337 ist ein induktives Energieübertragungssystem bekannt, das für Leistungen im Watt-Bereich vorgesehen ist, nämlich für die Beleuchtung, Audio, Video oder Datensignale an Flugzeugsitzen oder für Büro-Umgebungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spurgeführte Transporteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu entwickeln, welche eine ununterbrochene Energie- und Informationsversorgung während der Bewegung längs einer praktisch beliebig langen Strecke störungsfrei und zuverlässig gestattet.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Ersatz von Systemen, bei denen die Energie über Schleifkontakte zugeführt wird. Bedeutende Anwendungen für die berührungslose Übertragung elektrischer Energie bestehen bei Laufkatzen von Hebezeugen, Einschienenhängebahnen, Behälterförderanlagen, Hochregallagern oder Magnetbahnen. Auch für Fahrstühle wäre ein solches System zur Energieübertragung in die Kabine von Vorteil. Roboter, die eine bestimmte Wegstrecke abfahren, um eine Achse drehen müssen, um an verschiedenen Einsatzorten tätig zu sein, können ebenfalls mit einem solchen System mit Energie versorgt werden.

Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist das Entfallen von lose herumhängenden Leitungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der besonderen Art der Informationsübertragung, welche besonders gegen Störungen gut abgeschirmt ist und gleichzeitig eine hohe Übertragungsrate ermöglicht.

Das Wesen der Erfindung besteht im Zusammenwirken einer in die Fahrstrecke integrierten berührungslosen Informations- und Energieübertragung. Trotz eines großen zugelassenen Spiels wird die Energie mit hohem Wirkungsgrad übertragen. Die Informationsübertragung ist ebenfalls in die Strecke integriert und ermöglicht eine hohe übertragungsgüte, welche praktisch frei von Störeinflüssen elektromagnetischer Felder ist. Die Trag- und Führungsschienen der Transportfahrzeuge bieten dem Energie- und Informationsübertragungssystem mechanisch Schutz und wirken als Stromleiter.

Die induktive Energieübertragung bei Mittelfrequenz auf translatorisch bewegte Transportelemente der Fördertechnik ist zwar, wie bereits geschildert, an sich bekannt, jedoch ist die technische Auslegung so beschaffen, daß die Transportelemente auf ihrer spurgeführten Bahn mit sehr geringem Spiel laufen müssen. Diese Beschränkung entfällt durch die Erfindung. Durch die Kombination mit der Informationsübertragung wird das Transportsystem in vieler Hinsicht sehr flexibel. Es wird möglich, mehrere Fahrzeuge über eine Strecke zu schicken, sie unabhängig voneinander zu steuern und ihre Bewegungen untereinander sowie zu Fertigungsprozessen beliebig und kontinuierlich zu koordinieren.

Das gleichzeitige, unabhängige übertragen elektrischer Leistung zu mehreren Transportelementen auf langen übertragungsstrecken bei Einzelleistungen bis in den 10 kW-Bereich sind wesentliche Kennzeichen dieser Anwendungen. Hierfür sind Übertrageranordnungen erforderlich, welche die Leistung über Luftspalte bis in den cm-Bereich bei vertretbarem Aufwand und gutem Wirkungsgrad übertragen, möglichst kleine induktive Spannungsabfälle auf den übertragungsstrecken aufweisen und bei denen ausstreuende magnetische Felder im Hinblick auf die Exposition des Menschen und die elektromagnetische Verträglichkeit unbedenklich sind. Diese Eigenschaften werden im wesentlichen durch die konstruktive Gestaltung der induktiven Übertragerelemente erreicht.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird in der "koaxialen" Anordnung der Leiter gesehen. Der Mittelleiter ist am Ende des Fahrweges mit dem U-förmigen Außenleiter verbunden, so daß der Strom vom Mittelleiter über die Außenwandungen zurückfließt. Der Strom verteilt sich auf zwei Außenwände. Trotz der niedrigen Eindringtiefe findet der Strom einen großen Querschnitt vor. Die koaxiale Anordnung gewährleistet zum einen eine möglichst kleine Induktivität der Leitung, so daß größere Übertragungslängen möglich sind und erfüllt gleichzeitig auch die Abschirmung der Anordnung gegenüber ausstreuenden Feldern. Das Streufeld liegt im wesentlichen nur innerhalb des offenen Koaxialleiters und zwar im Inneren des Mittelleiters und um diesen herum.

Da das Abschirmgehäuse der Energieübertragungsstrecke mit der Rückleitung vereint ist, hat man einen zusätzlichen Vorteil dadurch, daß Leitermaterial eingespart wird. Man spart außerdem wegen der kleineren Induktivitäten eine bedeutende Zahl von Kondensatoren zur Kompensation der induktiven Spannungsabfälle. Das U-förmige Gehäuse kann außerdem zur Trag- und Führungsschiene ausgebildet werden.

Die Informationsübertragung mit Hilfe eines geschlitzten Koaxialkabels erfährt in Kombination mit der berührungslosen Energieübertragung keine Störungen der Wellenausbreitung, keine Reflexion oder Abschattung, wodurch Funksignale, beispielsweise in einem hohen Regallager, gestört werden können. Der Datendurchsatz kann mehrere MBit/sec betragen. Damit ist ein autonomer Fahrbetrieb mit einem Fahrzeug möglich, welches alle Automatisierungs- und Steuerungsaufgaben selbsttätig erledigt. Es ist sogar eine Kommunikation zwischen den einzelnen Fahrzeugen möglich. Außerdem kann ein Zentralrechner eine Ferndiagnose veranlassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht des Transportsystems;
2 ein Blockschaltbild der berührungslosen Informationsübertragung;
4 eine Ausführungsform von Energie- und Informationsübertragung mit parallel zur Bewegungsebene liegen Spalten zwischen der primären Leiteranordnung und dem Übertragerkopf;
5 die erfindungsgemäße Anordnung des offenen Koaxialleiters im Längsschnitt bzw. in Draufsicht;
6 einen Querschnitt durch den koaxialen Leiter mit dem Übertragerkopf;
7 den Querschnitt durch die Koaxialleiteranordnung an einer Stelle, an der sich im Augenblick kein bewegtes System befindet;
8 eine besonders vorteilhafte, detaillierte Ausführungsform einer Koaxialleiteranordnung mit Übertragerkopf im Querschnitt;
9 eine Kombination von Energieübertragung und Informationsübertragung, bei der die Leiter der Energieübertragung zugleich als Leiter der Informationsübertragung verwendet werden;
10 das Prinzip der Informationsübertragung über einen Wellenleiter im Blockschaltbild;
11 die mechanische Integration der Energieübertragung und der Informationsübertragung über einen Leckwellenleiter und
12 eine Integration des Außenleiters der Energieübertragung in die Trag- und Führungsschienen.
Die Erfindung wird zunächst anhand der schematischen Darstellung in 1 beschrieben.
Der zum Transport bestimmte Wagen 10 läuft auf Rollen 18, auf Schienen 16, wobei der Antrieb mit Hilfe eines Motors 17 vonstatten geht. Seitenführung und Art des Antriebs sind für das in 1 dargestellte. Prinzip unwichtig. Die Energie für den Antrieb des Motors und für weitere Servoantriebe wird durch die berührungslose Energieübertragung sichergestellt. Letztere besteht aus Übertragerkopf 2 mit der Wicklung W₂ als bewegtem Sekundärteil und dem Primärteil des Übertragers aus Mittelleiter 6 und Außenleiter 7. Der Mittelleiter 6 ist in eine Leiterstütze S aus Kunststoff eingelassen. Der Kern des Übertragerkopfes 2 besteht aus einem Ferrit-Material.
Die Informationsübertragung geht aus von einer Feststation 12, welche Daten über ein mit Öffnungen 3 versehenes Koaxialkabel 1 längs der Schienenstrecke überträgt. Eine Patch-Antenne 14 leitet die Daten an eine Mobilstation 10 weiter, welche in dem hier nicht dargestellten Wagen montiert ist.
Das Primärelement ist eine zu einer Seite hin offene E-förmige Anordnung mit einem Mittelleiter 6 und dem Außenleiter 7. Der Mittelleiter 6 wird auf einem Steg 5 gehalten. Diese Anordnung ist an der Tragschiene 16 befestigt. Der Primärteil wird von einem Mittelfrequenzgenerator 11 gespeist. Die folgenden Figuren stellen Beispiele für die Ausgestaltung der Erfindung dar.
In 2 ist die Struktur der Datenübertragung dargestellt. Von der Feststation aus wird über einen Adaptermodul und einen HF-Sende/Empfangsteil der Wellenleiter 1 gespeist. Der Wellenleiter besteht aus einem beispielsweise mit Schlitzen 3 versehenen Kupferleiter 9 eines Koaxialkabels mit dem Innenleiter 13, dem Isolator 15 und dem Mantel 19. Der Querschnitt kann kreisförmig oder aber quadratisch sein. Vom Wellenleiter werden die Signale über eine Antenne 14 auf das HF-Modem des Wagens und über einen Adaptermodul auf einen Mini-PC übertragen, welcher die Befehlsausführung sowie die Antriebssteuerung und Betätigung von Aktoren, welche von Sensoren gesteuert sind, übernimmt. Diese Konfiguration führt dazu, daß das System der einzelnen Wagen eine hohe Flexibilität besitzt, da jeder Wagen unabhängig vom anderen fahren kann. Dafür sind an bestimmten Stellen auch Ausweichmöglichkeiten mit Hilfe von Weichen vorgesehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Dabei ist das äußere U-Profil 7 des Primärelements der Energieübertragung gleichzeitig als Tragelement für das Koaxialkabel für die Informationsübertragung benutzt. Das Profil besteht vorzugsweise aus Aluminium. Bei Verwendung von Stahl für die Stütze 16 ist es erforderlich, die leitfähigen Teile für die Energieübertragung aus Aluminiumblech in U-Form in das Stahlprofil einzulegen. In dieses U-Profil 7 ist die Leiterstütze 5 mit dem Mittelleiter 6 eingesetzt. Die Rollen 18, welche den Wagen tragen, sind über den Achsträger 21 am Wagenkasten 22 befestigt. Zur Führung des Wagens und Vermeidung von zu großen Seitenausschlägen bei Kurvenfahrten sind Führungsrollen 23 vorgesehen, von denen hier lediglich eine auf der Seite gezeigt wird. Diese Führungsrolle ist ebenfalls mit einem Achsträger an dem Wagenkasten 22 befestigt. Dem geschlitzten Koaxialkabel gegenüber befindet sich die Patch-Antenne 14 zur Informationsübertragung.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in 4 sind Energieübertragung und Informationsübertragung voneinander unabhängig an der Tragschiene 16 befestigt. Die horizontale Lage der Leiterstütze 5 und des Übertragerkopfes 2 gewährleisten das bei Kurvenfahrten notwendige horizontale Spiel.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach 12 ist der Träger 16 mit einem E-förmigen Profil versehen, wobei das U-förmige Teil 7 der Energieübertragung entfällt, da es ein Teil des elektrisch gut leitenden Trägers 16 ist.
Die 5 und 6 stellen das Prinzip der zu einer Seite hin offenen koaxialleiterähnlichen Anordnung zur Energieübertragung im Detail dar. Im Übertragerkopf 1 umfaßt ein U-förmiger Ferritkern den Mittelleiter 6 und leitet den magnetischen Fluß ø durch die Sekundärwicklung W₂. Der Mittelleiter 6 wird an einem Ende über einen Mittelfrequenzgenerator MFG gespeist, so daß er den Strom I₁ führt. Er ist an dem von der Speisequelle entfernten Ende E mit dem Gehäuse verbunden. Der Strom teilt sich hier wegen der Symmetrie der Anordnung in zwei gleichgroße Teilströme I_1/2 und fließt über das Gehäuse zu dem Mittelfrequenzgenerator MFG zurück.
Infolge der bei hohen Frequenzen in massiven Leitern wie dem U-förmigen Gehäuse (beispielsweise aus Aluminium) auftretende Stromverdrängung, häufig auch als Skineffekt bezeichnet, verteilt sich der Strom nicht gleichmäßig in den Gehäusewandungen, sondern dringt von Innen her nur der Eindringtiefe δ_E entsprechend in die Gehäusewandungen ein (s. 7). Die Eindringtiefe beträgt bei 25 kHz und Aluminium etwa 0,5 mm. Der Strom verteilt sich auch nicht gleichmäßig über den inneren Umfang des U-Profils, sondern fließt vorwiegend an den Stellen der größten magnetischen Feldstärken.
Auf den Streckenabschnitten, an denen sich, wie in 7, kein Übertragerkopf befindet, sind das die dem Mittelleiter 6 gegenüber und am nächsten liegenden Stromführungsbereiche der Ausdehnung b_I. Für die Rückleitung steht daher nur ein Querschnitt zur Verfügung, der sich aus der stromführenden Breite b_I und der durch die Frequenz und die Materialeigenschaften bestimmten Eindringtiefe δ_E des Mittelfrequenzstromes ergibt. Der Innen- oder Mittelleiter 6 wird vorteilhafterweise aus Mittelfrequenzlitze oder Hochfrequenzlitze hergestellt, um die Stromverdrängung in diesem Bereich zu eliminieren.
Durch die begrenzte Eindringtiefe des Stromes und die ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte auf den Innenseiten des Abschirmgehäuses können der wirksame Widerstand und die Verluste in der Rückleitung 7 größer als in dem Innenleiter 6 aus Mittelfrequenzlitze sein.
Durch die Formgebung von Innenleiter und dem Rück- oder Außenleiter, der gleichzeitig als Abschirmung und Gehäuse 7 dient, ist daher ein möglichst breiter Stromführungsbereich der Breite b_I am inneren Gehäuseumfang anzustreben. Dies geschieht am zweckmäßigsten in einer Form, wie 8 zeigt, indem der Innenleiter 6 schmal und mit einer möglichst großen Höhe H ausgeführt wird.
Die Abmessungen der gesamten Übertrageranordnung und die zum übertragen einer bestimmten Leistung erforderliche Stromstärke I werden entscheidend durch die Größe des wirksamen Luftspalts im magnetischen Kreis bestimmt.
Damit der Luftspalt des magnetischen Kreises der den magnetischen Fluß führt, nicht größer sein muß als das mechanische Spiel δ₁ und δ₂ des Übertragerkopfes, können in die Stütze S des Mittelleiters Ferritkörper 5 eingesetzt werden. Diese Ferritteile erhöhen die Induktivität des Mittelleiters praktisch nicht, weil sich der Strom in den Seitenwän den nach physikalischen Gesetzen stets räumlich so einstellt, daß die Induktivität ein Minimum wird, d. h. der Strom vorwiegend auf den den Mittelleitern gegenüberliegenden Seitenteilen fließt.
Bei dem U-förmigen Ferritkern 2 in 8 besteht die Sekundärwicklung aus zwei Teilwicklungen W₂₁ und W₂₂, die auf beiden Schenkeln des Kerns direkt gegenüber dem in der Höhe H ausgedehnten Innenleiter angeordnet sind. Durch diese Wicklungsanordnung wird ein hoher magnetischer Koppelfaktor zum Primärleiter 6 und eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Wickelraums bei kleiner Bauform und Induktivität des Koaxialleiters erreicht.
Das vereinfachte und verallgemeinerte Übertragungssystem besteht aus der primärseitigen Leiterschleife von der Länge l, die durch das Fenster eines Ferritkerns 2 verläuft. Er ist entlang der Leiterschleife beliebig verschiebbar. Der Ferritkern wird von der Sekundärwicklung mit der Windungszahl W₂ umschlossen. Sie ist mit einem Kondensator C₂ in Reihe geschaltet, der so bemessen ist, daß die Spannung an der sekundärseitigen Streuinduktivität L₂ bei der Frequenz des Mittelfrequenzgenerators MFG kompensiert wird (6).
Am Ausgang des Übertragers ist eine beliebige Last Z, beispielsweise mit einem Stromrichterstellglied, angeschlossen, das zwischen der Spannung U₂ und der Grundschwingung des Eingangsstromes I_E eine beliebige Phasenverschiebung einstellen kann.
Da die Übertrageranordnung mit einer konstanten Frequenz betrieben wird, ist die vollständige Kompensation der induktiven Spannungsabfälle an der sekundärseitigen Streuinduktivität L₂' durch die in Reihe geschaltete Kapazität C₂' und an der Induktivität der koaxialen Leiteranordnung durch eine Kapazität möglich.
Der offene Koaxialleiter überträgt dann reine Wirkleistung, obwohl ein großer durch die Spaltbreite der Übertrageranordnung bedingter Magnetisierungsstrom auftritt und die Induktivität des Koaxialleiters bei Leiterlängen l im 100 m-Bereich große Werte erreicht. Lediglich der sekundäre Strom I₂ in der entsprechend der Übertragerkopflänge l_K wesentlich kürzeren Sekundärwicklung W₂ ist durch den Magnetisierungsstrom erhöht.
Für viele Anwendungen der berührungslosen Energieübertragung, wie z. B. auch in der Fördertechnik, werden Übertrageranordnungen benötigt, bei denen sich mehrere Verbraucher mit beliebig veränderbarem Leistungsbedarf auf derselben Übertragungsstrecke bewegen können. Das Einsetzen mehrerer Übertragerköpfe in den offenen Koaxialleiter der 6 führt elektrisch zu einer Reihenschaltung der bewegbaren Verbraucher.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in den offenen Koaxialleiter ein konstanter Mittelfrequenzstrom I₁ eingeprägt. Wie bereits erläutert, sind dazu elektronische Leistungsstellglieder mit Vorteil zu verwenden.
9 zeigt eine Kombination von Energie- und Informationsübertragung, bei der die Informationsübertragung die Leiter der Energieübertragung benutzt. Zu diesem Zweck ist an der Einspeisestelle zum Energieübertrager ein Koppelelement vorgesehen, das beispielsweise als Filter ausgeführt ist. Es überlagert den Mittelfrequenzstrom eine höhere Frequenz zur Informationsübertragung. Da die Informationsübertragung sowohl in der Richtung von dem stationären System zum Fahrzeug als auch in der umgekehrten Richtung arbeitet, ist am Eingang des Koppelelements ein Sende-Empfangsschalter vorgesehen, der abwechselnd Modulatoren und Demodulatoren für die Informationsübertragung ein- und ausschaltet. Auf dem bewegten System sind die Wicklungen W₂₁ und W₂₂ des Übertragerkopfes ebenfalls an ein als Filter ausgeführtes Koppelelement angeschlossen, das wieder die Trennung von Energie und Informationen vornimmt.
10 zeigt die gleiche Struktur der Informationsübertragung mit einem separaten Wellenleiter. Hierbei ist die Informationsübertragung völlig unabhängig von der Energieübertragung. Der Wellenleiter wird vorteilhaft in dem für industrieelle wissenschaftliche und medizinische Zwecke freigegebenen ISM-Band betrieben, weil dies bei einer Träger frequenz von 2,4 GHz eine schnelle Datenübertragung gewährleistet und wegen der geringen Reichweite keine Beeinträchtigung der öffentlichen Nachrichtenübertragung erfolgen kann. Der Wellenleiter ist ein Leckwellenleiter, in dessen unmittelbarer Nähe eine Antenne oder Nahfeldsonde auf dem bewegten System geführt wird und die Information zwischen beiden Koppelelementen überträgt.
Wie das Blockschaltbild zeigt, wird die Information über die Koppelelemente auf den Wellenleiter 1 übertragen und auch von ihm abgenommen. Dabei sorgt ein Schalter dafür, daß zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden kann (bidirektionaler Betrieb). Sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite dieser Informationsübertragung werden die Signale moduliert, bzw. demoduliert und von einer Ablaufsteuerung jeweils bestimmt, ob Daten empfangen oder übertragen werden sollen.
In der 11a ist eine beispielhafte Integration von Energieübertragungssystem und Informationsübertragungssystem dargestellt. Der Leckwellenleiter 1 ist am oberen Ende der Leiterstüzte S über den Mittelfrequenzleiter 6 angeordnet. Der Leckwellenleiter kann mit periodisch angeordneten Querschlitzen 3 oder einem durchgehenden Längsschlitz nach 11b versehen sein. Die in Gruppen periodisch angeordneten Querschlitze bewirken eine Leckstrahlung, durch welche die Kopplung zu einer dielektrischen Patch-Antenne erfolgt. Diese Übertragungsart erfordert einen Mindestabstand zwischen Leckwellenleiter und Patch-Antenne, um ein Hochfrequenzfeld gleichbleibender Intensität in der Umgebung der Patch-Antenne zu erzeugen. Die Patch-Antenne wird daher vorzugsweise seitlich neben dem Übertragerkopf angeordnet. Der durchgehende Längsschlitz im Leckwellenleiter führt zur Ausbildung eines Nahfeldes in seiner unmittelbaren Umgebung. In diesem Fall ist eine Anordnung der Nahfeldsonde 14 wie in 12 gezeigt, im Inneren des Übertragerkopfes in einem Maximalabstand zum Leckwellenleiter von Vorteil.

Claims

Spurgeführte Transporteinrichtung mit berührungsloser Energieübertragung mit einer Fahrstrecke (16) aus Trag- und Spurführungselementen, auf der ein Fahrzeug (10) geführt ist, welches Mittel zur Spurhaltung (18) und zum Fortbewegen (17) längs der Fahrstrecke und einen Übertragerkopf (2) als Sekundärteil zur Energieübertragung von einem längs der Fahrstrecke verlegten Primärteil aufweist, wobei der am Fahrzeug (10) angebrachte Übertragerkopf (2) aus einem Ferritkern und einer diesen Ferritkern umfassenden Sekundärwicklung besteht, welche mit dem Primärteil magnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil aus einem offenen koaxialen, U-förmigen Außenleiter (7) und einem auf einer auf isolierenden Leiterstütze (5) angeordneten Mittelleiter (6) besteht, wobei der Mittelleiter (6) an dem von der Einspeisestelle entfernten Ende der Leiteranordnung an den Außenleiter (7) angeschlossen ist, dass der Ferritkern des Übertragerkopfes (2) U-förmig ausgebildet ist, und dass der Mittelleiter (6) von dem U-förmigem Ferritkern umgeben ist, und dass Mittel zu einer leitungsgebundenen, kontinuierlichen Informationsübertragung mit einer Feststation (12) auf das Fahrzeug über eine längs der Fahrstrecke verlegte Leitung vorgesehen sind.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der U-förmige Ferritkern auf seinem Mittelschenkel die Sekundärwicklung (W₂) für den Energieabgriff trägt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der U-förmige Ferritkern auf seinen Schenkeln die aus zwei Teilwicklungen (W₂₁, W₂₂) bestehende Sekundärwicklung für den Energieabgriff trägt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Sekundärwicklung parallel zu dem an sie angeschlossenen Lastwiderstand (Z) ein Kondensator (C) geschaltet ist, der den Magnetisierungsstrom zum Erzeugen der magnetischen Flussdichte (B) im Luftspalt des Ferritkerns liefert.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung mit einem Kondensator (C₂) in Reihe geschaltet ist, der den induktiven Spannungsabfall an der Streuinduktivität des Übertragerkopfes (2) kompensiert.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstütze (5) in der Nähe ihres Fußes zum Reduzieren der magnetischen Spaltweite auf die unbedingt erforderlichen mechanischen Luftspalte (δ₁, δ₂) einen ferritischen Bereich aufweist.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung an dem dem Fuß der Leiterstütze (5) entgegengesetzten Ende des Mittelleiters (6) angeordnet ist.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (7) als fast geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist und dass der Mittelleiter (6) sich etwa im Zentrum des Gehäuses befindet, wobei im Außenleiter (7) ein gleich großer, dem Mittelleiter (6) entgegengesetzt gerichteter Strom (I₁) fließt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Feststation (12) mehrere Fahrzeuge mit Daten versorgt werden.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz der Energie für das Fahrzeug (10) durch die Informationsübertragungsmittel von der Feststation (12) gesteuert wird.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Mobilstation auf dem Fahrzeug (10) befindet, von der Informationen über Position, Beladezustand und andere relevante Daten an die Feststation (12) übertragen werden.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsübertragung bidirektional sowohl zwischen Fahrzeugen (10) und Feststation (12) als auch zwischen einzelnen Fahrzeugen (10) erfolgt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsübertragung über einen entlang des Fahrwegs verlegten Leckwellenleiter (1) erfolgt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckwellenleiter (1) als Koaxialleitung ausgebildet ist, die mit. quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen verlaufenden Schlitzen (3) als Strahlungsöffnungen versehen ist, wobei sich die Abstände der Schlitze in Gruppen periodisch wiederholen, und dass die Informationsübertragung auf das Fahrzeug über eine planare dielektrische Patch-Antenne (14) erfolgt, welche in einem Mindestabstand entlang des Leckwellenleiters (1) geführt ist.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Mindestabstand zum quergeschlitzten Leckwellenleiter (1) geführte Patch-Antenne (14) neben dem Übertragerkopf (2) auf dessen Stirnseite angeordnet ist.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckwellenleiter (1) als Koaxialleitung mit einem am Umfang in axialer Richtung durchgehenden Längsschlitz (3) ausgebildet ist, und dass die Informationsübertragung auf das Fahrzeug über eine in einem Maximalabstand entlang des Längsschlitzes geführte Nahfeldsonde erfolgt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Maximalabstand zum längsgeschlitzten Leckwellenleiter (1) geführte Nahfeldsonde auf der Schmalseite im Innern des Überträgerkopfes (2) angeordnet ist.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil der Energieübertragung und die Leitung der Informationsübertragung mechanisch in die Trag- und Spurführungselemente des Transportsystems integriert und an Winkeln und Spalten der Fahrstrecke (16) angeordnet sind.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltebene zwischen dem Primärteil und dem Übertragerkopf (2) zur Gewährleistung des für Kurvenfahrten der Fahrzeuge erforderlichen Spiels parallel zur Bewegungsebene der Fahrzeuge liegt.
Spurgeführte Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der als U-förmiger, offener Koaxialleiter aus geführte Außenleiter (7) als mechanisch belastbarer Profilkörper und somit als Fahrstrecke (16) für die Fahrzeuge ausgebildet ist.