DE19738444A1 - Side guide for TRANSRAPID (RTM) magnetic suspension railway - Google Patents

Side guide for TRANSRAPID (RTM) magnetic suspension railway

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Horst Junghans
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61BRAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00Other railway systems
    • B61B13/08Sliding or levitation systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Abstract

The guidance is carried out from only one of the two vertical side planes of the travel path out of the side guidance of the railway. Changes to the travel path (travel plane must have a maximum degree of flatness and smoothness) and vehicle (air gap magnetic sensors are only necessary still on the side to the travel plane; the guidance magnets travel there with constant current) are undertaken.

Description

Bei der eigenen Mitfahrt des Anmelders am 04. 06. 1997 im Emsland konnte trotz al­ ler Genialität der "Transrapid"-Konstruktion (vereinfachte Vorderansicht s. Fig. 1) von der Firma Thyssen-Henschel die Seitenstabilität des Fahrzeuges nicht zufrieden­ stellen. Die Trag-Eigenschaft des Systems ist zwar - wie auch sonst nahezu alles - vorzüglich gelungen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, existiert zwischen dem doppelsei­ tigen Magneten ein konstant gehaltener Luftspalt s der Nenngröße 10 mm. Der ent­ lang des gesamten Fahrweges (oben) liegende synchrone Langstator-Linearmotor und der (darunter) befindliche Tragmagnet am Fahrzeug selbst wirken großartig zu­ sammen. Umso mehr fällt auf; daß die seitliche Führung mit dem dortigen Luftspalt a sich nicht in dieses Bild einer vollendeten Entwicklung einpaßt. Vielmehr erschien die Harmonie gestört, die dieses Meisterwerk der Technik eigentlich erhof­ fen läßt.In the applicant's own ride on June 4, 1997 in Emsland, despite all the ingenuity of the "Transrapid" construction (simplified front view, see Fig. 1) from Thyssen-Henschel, the side stability of the vehicle could not be satisfied. The carrying capacity of the system is - like almost everything else - extremely successful. As can be seen from Fig. 2, there is a constant air gap s of nominal size 10 mm between the double-sided magnet. The synchronous long-stator linear motor along the entire travel path (above) and the supporting magnet (underneath) on the vehicle itself work great together. All the more striking; that the lateral guidance with the air gap there does not fit into this picture of a completed development. Rather, the harmony that this masterpiece of technology actually hoped for seemed disturbed.

Der "Sonderdruck aus Elektrische Bahnen eb 7/95" betr. "Magnetschnellbahn Trans­ rapid Systemdarstellung" der Firma Thyssen-Henschel gibt auf der Seite 11 (mittlere Spalte unten) die vermutliche Ursache dieses beim seitlichen Führen auftretenden Mangels selbst an, woraus ich hier zitiere:
"Der Unterschied zum Tragen besteht in der Spurmittenregelung, bei der die Führ­ magnete nicht auf konstanten Spalt, sondern beiderseits des Fahrzeuges auf gleichen Abstand zur Führschiene geregelt werden".
The "Special print from electrical railways eb 7/95" concerning "Magnetic rapid transit system Trans rapid system representation" of the company Thyssen-Henschel on page 11 (middle column below) indicates the probable cause of this deficiency occurring during lateral guiding, from which I quote here :
"The difference to carrying is the track center control, in which the guiding magnets are not regulated to a constant gap, but on both sides of the vehicle at the same distance from the guide rail".

Betrachtet man etwa die Geradeausfahrt, und geht man davon aus, daß die seitlichen Führschienen über Oberflächen verfügen, die hinsichtlich ihrer Ebenheit und Glätte keine höhere Qualität als die Walzwerksgüte besitzen, so ist das heute noch vorhan­ dene Erscheinungsbild in der real existierenden Praxis durchaus verständlich.If you look at the straight ahead and assume that the side Guide rails have surfaces that are flat and smooth no higher quality than the rolling mill grade, that is still the case today their appearance in the real existing practice is quite understandable.

Die maßlos übertriebenen Darstellungen (Fig. 3 und Fig. 4) zeigen zwei Extremfälle der nach dem obigen Zitat vorkommenden unendlich vielen resultierenden Fahr­ spurabweichungen von der geradlinigen Idealspur. Der Fall der Fig. 3 zeigt sogar die sicher recht seltene Momentansituation des Idealfalles bei exakter Spiegelgleichheit beider Führschienen. Das andere Extrem stellt Fig. 4 dar: Die Unebenheiten bzw. Unglätten der Führ-Schienen-Oberflächen sind bei ebenfalls angenommener Sym­ metrie sozusagen um eine "halbe Wellenlänge phasenverschoben". The immeasurably exaggerated representations ( Fig. 3 and Fig. 4) show two extreme cases of the resulting infinitely many resulting lane deviations from the straight line ideal lane according to the above quote. The case in FIG. 3 even shows the certainly very rare instantaneous situation of the ideal case with exact mirror equality of both guide rails. The other extreme is shown in FIG. 4: The unevenness or smoothing of the guide rail surfaces are also assumed with symmetry symmetry, so to speak, by a "half wavelength".

Mein Vorschlag zur Verbesserung der Seitenführung des "Transrapid" umfaßt zwei Maßnahmen:
My suggestion to improve the lateral guidance of the "Transrapid" comprises two measures:

  • 1. Von den bisher üblichen Zwei-Seiten-Führ-Ebenen (". . . beiderseits . . . auf gleichen Abstand zur Führschiene . . .") sollte abgegangen und auf eine Führebene redu­ ziert werden. Dabei können die schon bisher einbezogenen Sensoren, Regler und Magnetstromsteller wie bisher weiter angewandt werden, sogar in verminderter Anzahl,da es nur noch die eine Führebene gibt. Der gegenüberliegende Führ­ magnet hat lediglich noch eine korrespondierende Funktion mit dem auf der Führ­ seite tätigen.1. Of the previously common two-sided guide levels ("... On both sides... On the same Distance to the guide rail. . . ") should be removed and reduced to a leading level be decorated. The sensors, controllers and Solenoid current controllers continue to be used as before, even in reduced numbers Number, since there is only one leading level. The opposite leader magnet only has a corresponding function with that on the guide make page.
  • 2. Bisher hat man die Seitenfehler (Unebenheit und Unglätte), die sich bei nur ge­ walzten Schienen nie ganz vermeiden lassen, vermittelt (. . . gleicher Abstand . . .). Um aber tatsächlich das Fehler-Minimum in der Führebene zu erreichen, muß diese ebener und glatter als bisher gestaltet sein. Der Anmelder des Patentes sieht den Weg zu diesem Ziel allein in einer Nacharbeit dieser einen Führebene. Da­ zu muß nach der Montage des Fahrweges ein Montagewagen (s. Fig. 5) die ge­ samte Strecke abfahren. Mit einem geeigneten Werkzeug (Fräser oder Schleifschei­ be - evtl. in mehreren Stufen - oder z. B. Neodym-Festkörper-Laser, der zur Stahl­ bearbeitung taugt) wird die Führebene auf optimale Ebenheit und Glätte gebracht. Der quer zur Fahrrichtung verschiebbare Support (Werkzeugträger) ist mittels La­ ser-Richt-Strahl genauestens zu führen. Das Nacharbeiten von Kurvenabschnitten erfordert den zusätzlichen Einsatz von Krümmungsmeßgeräten, gelenkt von be­ sonders geschulten Geodäten.2. So far, the side faults (unevenness and smoothness), which can never be completely avoided with only rolled rails, have been conveyed (... Same distance...). However, in order to actually achieve the minimum of errors in the guide plane, it must be designed to be level and smoother than before. The applicant for the patent sees the way to this goal solely in the reworking of this one management level. Since too after the assembly of the track, an assembly car (see Fig. 5) drive the entire route. With a suitable tool (milling cutter or grinding wheel - possibly in several stages - or e.g. neodymium solid-state laser, which is suitable for machining steel), the guide plane is brought to optimum flatness and smoothness. The support (tool holder), which can be moved transversely to the direction of travel, must be guided precisely using a laser beam. The reworking of curve sections requires the additional use of curvature measuring devices, directed by specially trained geodesists.

Die künftige Seitenführung der "Transrapid"-Doppelsektionen sähe dann wie folgt aus: Auf der Seite der Führebene wird der Luftspalt a konstant gehalten. Für die dort wirkenden Führmagnete bedeutet das für gleiche Magnetkräfte F auch konstante Durchflutung Θ der Magnetwicklungen und unveränderliche magnetische Wider­ stände: Rmag = Rmag Fe + Rmag L.The future lateral guidance of the "Transrapid" double sections would then look as follows: On the side of the guide level, the air gap a is kept constant. For the guide magnets acting there, for the same magnetic forces F this also means constant flow Θ of the magnetic windings and unchangeable magnetic resistances: R mag = R mag Fe + R mag L.

Anderes erfolgt auf der gegenüberliegende Seite: Hier werden die Magnetkräfte stän­ dig so verändert, daß sie denen auf der Führebenen Seite gleich sind.Other things are done on the opposite side: Here the magnetic forces are constant dig changed so that they are the same on the guide level side.

Also: Nicht gleiche Abstande a (s. o.), sondern gleiche Kräfte F!So: Not equal distances a (see above), but equal forces F!

Da sich aber der Luftspalt a auf dieser Seite permanent ändert, müssen dem die Kräfte angepaßt sein. Das ergibt für variables a dann eine veränderliche Durchflu­ tung nach der Formel: Θ = HFeLFe + HL a.However, since the air gap a changes permanently on this side, the forces must be adapted to it. For variable a this results in a variable flow according to the formula: Θ = H Fe L Fe + H L a.

Magnetsensoren, Regelsysteme hoher Schaltfrequenz (z. B. 100 kHz) und Magnet- Strom-Steller sorgen (ähnlich dem Tragsystem) für beiderseits gleiche Magnetkräfte.Magnetic sensors, control systems with high switching frequency (e.g. 100 kHz) and magnetic Current actuators (similar to the support system) ensure the same magnetic forces on both sides.

Fig. 6 schließlich deutet eine Möglichkeit zur Verkleinerung der "Schleif-Fläche" beim Luftspalt a an. Finally, Fig. 6 indicates a possibility of reducing the "grinding surface" at the air gap a.

Beschreibungdescription

Insidern und aufmerksamen Fahrgästen (Versuchsanlage Emsland) ist bekannt, daß das übergroße Spiel in der Seitenführung der Magnetbahn eher zu einer der veralteten schienengeführten Räderbahn paßt als zu dem genialen "Transrapid". Dadurch ist die Harmonie im Gesamterscheinungsbild der Magnetschwebebahn nachhaltig gestört, evtl. sogar eine der Ursachen des bisher doch eher zögerlichen Verkaufes.Insiders and attentive passengers (Emsland test facility) are aware that oversized game in the side guidance of the magnetic track rather one of the outdated ones rail-guided wheel train fits as the ingenious "Transrapid". This creates harmony in the Overall appearance of the maglev train is permanently disrupted, possibly even one of the Causes of the rather hesitant sale so far.

Der Anmelder sieht die Ursache dieses Mangels von der Firma Thyssen-Henschel im "Sonderdruck aus Elektrische Bahnen eb 7/95" auf Seite 11 (Abschnitt 3.3) selbst beschrieben:
"Das Führsystem ist . . . weitgehend identisch mit dem Tragsystem . . . Der Unterschied . . . besteht in der Spurmittenregelung . . ." wobei "nicht auf konstanten Spalt, sondern beiderseits des Fahrzeuges auf gleichen Abstand zur Führschiene geregelt. . ." wird. Dies eben hält der Anmelder für einen Fehler, weil nur bei spiegelgleichen Ebenen- und Glättenfehlern beider Führschienen zur Mitte der Fehlerausgleich total wäre. Die Praxis kann diesen Fall niemals erreichen.
The applicant sees the cause of this defect described by the Thyssen-Henschel company in "Special print from electrical railways eb 7/95" on page 11 (section 3.3):
"The guidance system is... Largely identical to the support system... The difference... Consists in the lane center control..." where "not regulated to a constant gap, but on both sides of the vehicle at the same distance from the guide rail ..." becomes. The applicant considers this to be a mistake, because only in the case of level and smoothing errors of both guide rails having the same mirror would the total error compensation be complete. Practice can never achieve this.

Deshalb die volle Umkehr des Führsystems:
Eine Fahrbahnseite (A) wird Führebene.
Therefore the full reversal of the guidance system:
One side of the carriageway (A) becomes the leading level.

Von einem Montagewagen aus, der auf dem Fahrweg fährt, wird die Führebene auf hohe Ebenheit und Glätte nachgearbeitet (Fräsen oder Schleifen oder Laser-Brenn-Schneiden). Dabei wird der quer zur Fahrtrichtung bewegliche Support von einem konstanten Laserstrahl geführt. Die andere Fahrbahnseite (B) bleibt unbearbeitet, behält Walzwerksgüte.From an assembly carriage that travels on the track, the guide level is extremely flat and smoothness reworked (milling or grinding or laser flame cutting). The Support movable across the direction of travel by a constant laser beam. The other Road side (B) remains unprocessed, retains rolling mill quality.

Das Fahrzeug selbst wird nach A bzw. B anders ausgerüstet.The vehicle itself is equipped differently according to A and B.

Wegfallen können die Magnetsensoren für den Luftspalt B, da nur noch der Luftspalt A geregelt wird.The magnetic sensors for the air gap B can be omitted, since only the air gap A is regulated becomes.

Auf der Seite A entfällt die Varianz des Seiten-Führ-Magnet-Stromes; ein Strom von konstanter Stärke hält den ebenfalls gleich bleibenden Luftspalt von z. B. s = 10 mm.On side A there is no variance of the side guide magnet current; a stream of constant Strength keeps the air gap of z. B. s = 10 mm.

Die A-seitigen Magnetsensoren steuern über hochfrequente Regel- und Stellsysteme den Strom der B-seitigen Führmagnete so, daß stets die Größe von s eingehalten wird.The A-side magnetic sensors control the current via high-frequency control and positioning systems the B-side guide magnets so that the size of s is always maintained.

Claims (2)

1. Verbesserte (Seiten-)Führung der "Transrapid"-Magnet-Schwebe-Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß von nur einer der beiden vertikalen Seitenebenen des Fahrweges, der Führebene, aus die Seitenführung der Bahn erfolgt.1. Improved (side) guidance of the "Transrapid" magnetic levitation railway, characterized in that the lateral guidance of the web takes place from only one of the two vertical side planes of the guideway, the guide plane. 2. Einseitige Magnetbahnführung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen an Fahrweg (Führebene muß ein Höchstmaß an Ebenheit und Glätte aufweisen) und Fahr­ zeug (Luftspalt-Magnetsensoren sind nur noch an der Seite zur Führebene erforderlich; die Führmagnete dort fahren mit konstantem Strom) vorgenommen werden.2. One-sided magnetic path guide according to claim 1, characterized, that changes to the route (the leading plane must have the highest level of flatness and smoothness) and driving stuff (air gap magnetic sensors are only required on the side to the guide level; the guide magnets there drive with constant current).
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