DE19916971C1 - Magnetische Stütztechnik für Transportsysteme - Google Patents

Abstract

Es wird eine Ausführung von Hybridmagneten beschrieben, die durch verbesserte Führung des magnetischen Feldes und den Einsatz von Kompensationsmagneten für den Spulenstreufluß erhöhte Tragzahlen und andere neue Nutzungsmerkmale ergibt. Fahrzeugaktive (Fig. 4) und fahrwegaktive Varianten lassen sich je nach Anwendungsziel vorteilhaft mit einem flachbauenden Linearantrieb kombinieren. Die Anwendung magnetischer Weichen ohne bewegte Teile auf der Fahrwegseite wird so ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft magnetische Stütztechnik mit einer Anordnung zur Erzeugung von Trag- und Führungskräften zwischen einem einen Permanentmagneten und geregelten Ströme führende Spulen enthaltenden aktiven Magneten und einem passiven Stützpartner.

Eine solche magnetische Stütztechnik ist aus der DE 41 14 706 C1 bekannt.

Die bekannte Anordnung weist einen aktiven Magnet mit zwei Weicheisenschienen und dazwischen angeordneten Spulen und Permanentmagneten sowie einen passiven Stützpartner mit parallel verlaufenden Polansätzen auf.

Eine zweckmäßige Gestaltung der schwebetechnischen Komponenten hat davon auszugehen, daß der Schwebevorgang mit geringem Leistungsaufwand und kleiner Masse für die fahrzeugseitigen Komponenten erbracht werden kann. Weiter sollen die fahrbahnbezogenen Bauteile kostengünstig bereitgestellt und bezüglich des Fahrbahnkörpers gut kombinierbar eingebracht werden können. Für die fahrzeugbezogenen Merkmale ist die Kennzeichnung der Tragzahl, das Verhältnis von Tragkraft zu Gewicht des Tragmagneten, ein charakteristischer Wert. Wenn es gelingt, Tragzahlen zu erzielen, die deutlich größer als 5 sind, besteht die Möglichkeit, daß dieses Tragverfahren individuell optimiert und mit einem vom Tragverfahren getrennt arbeitenden Linearantrieb mit eigener Reaktionsschiene kombiniert und vorteilhaft betrieben werden kann. In diesem Zusammenhang ergeben sich allerdings auch Forderungen für den zu wählenden Linearantrieb. Er ist so auszulegen, daß die von ihm entwickelte Normalkraft nur eine geringe Beeinträchtigung der vom Schwebesystem erzeugten Tragkraft zur Folge hat. Die funktionsunabhängig eingesetzten Systeme für Tragkrafterzeugung und für die Entwicklung der Längskräfte führen auf eine Erweiterung der erfüllbaren Auslegungsmerkmale und lassen den Einsatz mehrerer Varianten der Vortriebsbildung mit verbesserter Optimierung des Betriebsverhaltens und der Betriebsweise zu.

Die Entwicklung hocheffizienter Tragmagneten ist demnach eine wichtige Voraussetzung für die Verbesserung fast aller Systemmerkmale. Hier wird eine markante technische Weiterentwicklung der Schwebetechnik dadurch vorgesehen, daß bei Luftspalten, die 10-15 mm betragen, Tragzahlen der verwendeten Magneteinheiten im Bereich von 10 und darüber zugrunde gelegt werden. Um dies zu verwirklichen, wird eine Optimierung der im Magnetbereich erzeugten Felder durch Einsatz zusätzlicher Maßnahmen notwendig. Im Vergleich zur DE 41 14 706 C1 "Magnet- und Schienenanordnung beschränkter Bauhöhe" kann eine Intensivierung des magnetischen Feldes im Wirkungsbereich zwischen Fahrzeug und Fahrwegschiene die gewünschten Kraftwirkungen beträchtlich steigern. Systemtechnisch vorteilhaft lassen sich so auf der Fahrwegseite kostengünstige massive Schienen einsetzen, an denen sowohl Trag- als auch Seitenkräfte in ausreichender Höhe erzeugt werden.

Geometrisch weiterentwickelte Magnet/Schienenformen erlauben eine besonders zweckmäßige Fahrweg- und Weichengestaltung.

Der beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch verbesserte Magnetfeldnutzung für hybride Magnetsysteme mit kombinierter Trag-/Seitenkrafterzeugung gegenüber bekannten Lösungen erhöhte Tragzahlen von 10 und mehr im Bereich der Luftspaltlängen von 10-15 mm zu erreichen, um damit die Kombination mit einem vom Schwebesystem unabhängigen Vortriebssystem mit geringer Normalkraftwicklung, kleiner Masse und geringen Verlusten zu ermöglichen. Weiter soll angestrebt werden, daß die Magneterregung sowohl fahrzeugseitig (also fahrzeugaktiv) als auch fahrweggebunden (also fahrwegaktiv) ausgeführt sein kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll die fahrwegaktive Variante zweckmäßig kombinierbar sein mit der fahrzeugaktiven Version und damit die Grundlage für eine "Magnetische Weiche" ohne mechanisch bewegte Teile ergeben.

Im Nachfolgenden wird eine ausführliche Beschreibung des Erfindungsgedankens mit mehreren Bildern gegeben.

Fig. 1 Schemadarstellung über Aufbau und Komponenten einer Magnet-/Schienenanordnung.

Fig. 2 Kennlinien der Tragkraft in Abhängigkeit vom Schwebespalt.

Fig. 3a Feldlinienbild der Schwebeanordnung mit Kompensationsmagneten

Fig. 3b Schwebeanordnung mit Schienenversatz und aufgeteilter Wicklung.

Fig. 4 Schwebeanordnung kombiniert mit Linearantrieb (eigenständige Funktionselemente).

Fig. 5a Kombinierte Trag-Vortriebsanordnung mit Mittelstützung.

Fig. 5b Stromaufschaltung und Kraftkomponenten zur Geometrie von Fig. 5a.

Fig. 6 Zweiseitige fahrwegaktive Schwebeanordnung; F_y, F_z regelbar.

Fig. 7 Schemadarstellung zur Magnetischen Weiche; Kombination von fahrzeug- und fahrwegaktiven Schwebevarianten.

Fig. 8 Anordnung einer kombinierten fahrzeug- und fahrwegaktiven Schwebeversion in Verbindung mit dem Linearantrieb.

Fig. 9a Unterer Teil eines Fahrzeugs.

Fig. 9b Die entsprechende Fahrweggeometrie.

Eine zur Stützung mit geregelten Tragkräften und gleichzeitig geringstem Einsatz an Energie und Material geeignete Anordnung für (Erregerteil Mg und passiver Stützpartner S, S') Magnet und Schiene ist in Fig. 1 dargestellt. Es handelt sich um eine fahrzeugaktive Konfiguration, bei der die magnetische Tragkraft F_y einen Teil der Fahrzeugmasse trägt, wobei diese Gewichtskompensation durch zwei magnetische Teilfelder entsteht, die sich über die C-förmigen Schienen S, S' gleicher Form schließen. Bei symmetrischer Lage des Magneten zur Schiene teilen sich die beiden Feldwirbel in der Mitte des Magneten Mg, wie Fig. 3a zeigt. Der Aufbau des Magneten Mg ist schematisch in Fig. 1 gezeichnet. Die äußere Begrenzung bildet eine Weicheisenschiene (ein ferromagnetisches Teil MC1) in C-Form, dessen Dicke etwa gleichgroß der Dicke b der Schienen S und S' ist. Auf der Oberseite wird der Abschluß durch ein ebenfalls ferromagnetisches Teil (Weicheisenschiene MC2) in flacher C-förmiger Ausführung gebildet. Die für den stationären Schwebezustand ausgelegte Magneterregung wird durch einen Permanentmagnet Pm in der Mitte von Mg erbracht. Die Auslegung dieses Magneten bestimmt mit ihrem Abstand die Bauhöhe der Anordnung. Für Schwebespalte einer Länge bis 15 mm erweist sich eine Kombination aus Ferrit- und Neodym-Eisen-Bor-Magnet als zweckmäßig. Für die meisten Anwendungen wird die zur Stabilisierung des Schwebevorgangs notwendige Spule Sp, Sp' um den Permanentmagnet herumgeführt. Der Spulenquerschnitt muß zur kurzzeitigen Führung von Stromspitzen so groß gewählt werden, daß die entsprechende Leistung (als Produkt Spannung Strom) den auch für die Stellorgane tolerierbaren Wert nicht überschreitet. Eine Unterteilung der Wicklung, z. B. in zwei Spulen gleich großen Querschnitts, deren jede mit einer eigenen Spannungsversorgung und Regelung betrieben wird, ist aus Gründen erhöhter Zuverlässigkeit sinnvoll. Die vertikalen Schenkel der ferromagnetischen Teile MC1 und MC2 schließen mit Polflächen ab, die gegenüber der Schienenebene in gleicher Höhe liegen. Die seitliche Schienenausdehnung korrespondiert mit der seitlichen Bemessung von MC1 und der Festlegung des Spulenquerschnitts. Der Abstand der Schienen entspricht annähernd der zu wählenden Breite des Permanentmagneten Pm im Mittelbereich, wobei es zweckmäßig ist, diese Breite mindestens gleich der dreifachen Breite b der Schienen zu wählen.

Da im Bereich des Spulenquerschnitts ein nennenswerter Anteil des vom Magnet Pm erzeugten Feldes aus dem ferromagnetischen Teil MC1 austritt und zurück zum Magnetteil MC2 zu verlaufen trachtet, entsteht durch die Spulenabmessungen ein Tragkraftverlust. Zur Verringerung dieses Effekts wurde bei DE 41 14 706 C1 eine ungleiche Schenkellänge (MC1 verkürzt) in Kauf genommen, was zu einer L-förmigen Geometrie der Schienen und zu Polflächen in ungleichen Spaltebenen führt.

Erfindungsgemäß werden im Polflächenbereich zwischen den Schenkeln von MC1 und MC2 weitere Permanentmagnete (Kompensationsmagnete KM) eingesetzt, deren Höhe mindestens gleich der Luftspaltlänge Δy ist und deren Produkt aus Remanenzinduktion und seitlicher Ausdehnung etwa gleich dem des Hauptmagneten Pm ist. Wie Fig. 3a zeigt, wird durch die eingesetzten Kompensationsmagneten KM der größte Teil des Spulenstreuflusses wieder zur Polfläche von MC1 zurückgeführt. Er schließt sich somit ähnlich wie bei einem Magneten mit verschwindend kleiner magnetischer Leitfähigkeit im Spulenbereich über die Schiene und erzeugt dabei sowohl die gewünschte hohe Tragkraft als auch in Kombination mit der Auslenkung aus der Mittellage die Seitenkraft. Die Einführung des Kompensationsmagneten KM ergibt für die Dimensionierung des Spulenraums nach Höhe und Breite die erwünschte Freiheit und führt zur Erzielung größtmöglicher Tragkräfte bei begrenzten Abmessungen des Magneten Pm und damit günstigen Masse- und Volumenverhältnissen der Magnetanordnung Mg. Auch der Einsatz von hochremanenten NdFeB-Magneten zur Steigerung der Tragzahl wird durch verbesserte Magnetfeldnutzung weit wirtschaftlicher als im Falle des in DE 41 14 706 C1 beschriebenen Entwurfs. Die verbesserte Magnetauslegung läßt Anwendungen der hybriden Technik auch in den Fällen zu, wo vergrößerte Spaltlängen Δy_n etwa bei Fahrbahnen mit größeren Trägerdeformationen eine Rolle spielen. Größere vertikale Abweichungen der Trägerkontur von der horizontalen Ideallinie werden beim Einsatz von Hybridmagneten dadurch besser beherrschbar, weil die thermische Belastung der Wicklung weit geringer ist als im Falle von elektrisch erregten Magneten. In Bereichen der Fahrbahn, wo z. B. durch kontinuierlichere Stützung Trägerdeformationen gering sind, führt die Anwendung der Hybridmagnete zu einem praktisch verlustlosen Schwebevorgang. Es ist zweckmäßig, bei der Bestimmung des Spulenquerschnitts davon auszugehen, daß für den kleinsten vorkommenden Spalt (von z. B. 1 mm) der Größtwert der einzusetzenden elektrischen Erregung festzulegen ist, und zwar so, daß dabei der gewünschte kleinste Wert der Tragkraft (z. B. 60% des Nennwerts) erreicht werden kann. Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm mit drei Tragkraftkennlinien. Hierbei ist die Tragkraft F_yo die vom Permanentmagneten ohne Spulenerregung erzeugte Kraft in Abhängigkeit vom Luftspalt Δy. Die beiden anderen Kennlinien ±41% geben bereichsweise jene Kräfte an, die durch Zusatzerregung + oder durch entmagnetisierende Ströme - der angegebenen Größe von 41% (der Erregung des Permanentmagneten) erzielt werden können. Die Zusatzerregung von 41% erhöht bei etwas vereinfacht dargestellten Verhältnissen die Tragkraft auf den doppelten Wert von F_yo. Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß in den schraffierten Bereichen F_y+ und F_y- die zur Stabilisierung notwendigen prozentualen elektrischen Erregungen nur gering sind, wenn kleine Kraftaussteuerungen F_y-F_yn bei kleinen Abweichungen vom Nennspalt Δy_n erforderlich sind. Auch diese Betrachtung läßt die Schlußfolgerung zu, daß so dimensionierte Hybridmagnete äußerst verlustarm betrieben werden können. Es soll erwähnt werden, daß die Spaltabweichungen (gegenüber Δy_n) über die Elektronik Ströme I in beiden Richtungen erzeugen und so die Änderung des magnetischen Flusses veranlassen. Gemessen werden die Spaltabweichungen Δy-Δy_n über den Sensor Se, wonach sie über den Regler R aufbereitet, die Aussteuerung des Stellgliedes St bewirken, so daß das entsprechende Spannungsangebot aus der Energiequelle E die Stromgröße I bestimmt. Der so stabiliserte Schwebevorgang ist hiermit sowohl extrem verlustarm als auch dynamisch sehr günstig, d. h. schnell beeinflußbar.

Für Luftspaltlängen im angegebenen Bereich werden durch seitlichen Versatz gegenüber der Schienenmittellage Rückstellkräfte in seitlicher Richtung erzeugt, die bei einem Versatz von etwa 1 cm 25-30% der entwickelten Tragkraft betragen. Durch die stabil wirkenden zentrierenden Kräfte lassen sich dezentrierend wirkende Kräfte bei Kurvenfahrt oder Seitenwind kompensieren, so daß ein regelungstechnischer Eingriff nicht erforderlich ist. Angezeigt sind allerdings Maßnahmen zur Dämpfung der Fahrzeugbewegung bei seitlichen Auslenkungen. Im begrenzten Umfange lassen sich hierzu mechanische Dämpfer heranziehen. Günstiger ist der direkte Eingriff mit Hilfe einer elektrisch eingeleiteten aktiven Dämpfung.

Um an einem Magnetteil Beeinflussungen der seitlichen Rückstellkräfte durch Aufschaltung von Stromkomponenten zu erzielen, wird die in Fig. 3b angegebene exzentrische Ausführung des aktiven Magnetteils Mg gegenüber der Schienenanordnung, eine Aufteilung der Wicklung in die um Pm verlaufende Spule Sp, Sp' und die um die MC1-Schenkel verlaufenden Spulen Ss und Ss' vorgesehen. Ein Regelungsverfahren, das dem Ziel dient, bei Einhaltung der Tragkraft die Seitenkräfte der linken oder rechten Teilschiene S oder S' zu beeinflussen, wird in Zusammenhang mit Fig. 5a und 5b beschrieben. Dort wird eine Wicklungsaufteilung der Art vorgenommen, daß in den linken und rechten Spulenbereichen ungleich große elektrische Durchflutungen geführt werden können. Damit werden die links bezw. rechts entwickelten Seitenkräfte in ihrer Größe getrennt beeinflußbar.

Als eine mögliche Querschnittskonfiguration für Fahrzeug- und Fahrwegteile ist Fig. 4 anzusehen. Es ist die linke Seite einer entsprechenden Anordnung dargestellt, wobei die Schienen S und S' am Fahrwegkörper K befestigt sind. Der Schwebemagnet Mg ist mit seinem ferromagnetischen Rahmenteil MC1 am Fahrzeuggestell G befestigt, das eine Verbindung zu dem analog ausgeführten rechten Teil des Fahrzeugs aufweist. Das Gestell G ist verhältnismäßig steif ausgeführt und überträgt die Stützkräfte auf den Fahrzeugkörper (Zelle) FK über die Feder-Dämpferanordnung Z, so daß eine zusätzliche Schwingungs­ isolierung zwischen den Störkräften des Fahrwegs und dem Fahrzeugraum besteht.

Der geringe Massenaufwand für die Schwebemagnete Mg ermöglicht den Einsatz eines vom Tragsystem unabhängigen Linearantriebs. Die in Längsrichtung erzeugten Kräfte dieses Antriebs werden mit Hilfe magnetischer Felder berührungslos auf das Fahrzeug übertragen.

Der Linearantrieb wird so gestaltet, daß die von ihm erzeugten Normalkräfte kleiner als 15% der Tragkraft sind. Besonders zweckmäßig erscheint eine solche Antriebsvariante, die zusätzlich geringe Gewichtsanteile für das Fahrzeug, geringe Antriebsverluste und eine niedrige Bauhöhe bedingt. Der für die Übertragung der Kräfte erforderliche Spalt zwischen feststehenden und bewegten Antriebsteilen wird in seiner Ebene zweckmäßig parallel zur Schwebespaltebene angeordnet. Die vorgesehene feste Verbindung zwischen den fahrzeuggebundenen Bauteilen (Spulenanordnung LA) des Antriebs und dem Tragsystem (Magneteinheiten Mg) ermöglicht die Verwendung einer Antriebsspaltlänge im Größenbereich des Schwebespalts. Für die im Rahmen der beschriebenen Schwebetechnik in Betracht gezogenen Antriebsvarianten lassen sich die fahrzeugbezogenen Gewichtsanteile des Antriebs auf Werte unter 10% des Fahrzeugs reduzieren.

In Fig. 4 wird eine Erregung des magnetischen Feldes durch Permanentmagnete ES im Fahrweg mit Eisenrückschluß auf der Unterseite der Magnete vorausgesetzt und im Fahrzeug eine flache Spulenanordnung LA ohne Überlappung der Spulen angenommen. Auf der rechten Fahrzeugseite befindet sich eine zur linken Seite analoge Einrichtung.

Die Anwendbarkeit der beschriebenen Trag- und Vortriebstechnik läßt sich vorteilhaft im gesamten interessierenden Geschwindigkeitsbereich von Nahverkehr bis Hochgeschwindig­ keits-Schnellverkehr und für den Gütertransport nutzen. Die Gestaltung der wichtigsten Fahrzeugkomponenten und die Funktionselemente des Fahrwegs sind in der beispielhaft beschriebenen Konfiguration kostengünstig und technisch vorteilhaft integrierbar. Durch Maßnahmen, wie die oben mit einem Überstand versehene C-förmige Fahrweganordnung K, kann eine Verwendung von Permanentmagneten im Fahrweg toleriert werden.

In Fig. 5a sind Änderungen der Anordnung nach Fig. 4, insbesondere bezüglich der Abstützung des Magneten Mg gegenüber dem Fahrzeuggestell, vorgenommen worden. Es wird gezeigt, daß für eine leicht geänderte Fahrzeugausführung das Stützverfahren zusätzlich vorteilhafte Merkmale aufweisen kann. Besonders im Zusammenhang mit der angedeuteten Wicklungsaufteilung in Spulen Sp, Sp' und Ss, Ss' ist es möglich, die seitlichen Kräfte unter S, S' getrennt von der Tragkraft beeinflußbar zu machen. Auch für diese Anordnung erscheint eine feste Verbindung der für den Linearantrieb notwendigen Fahrzeugteile LA mit dem Fahrzeuggestell G zweckmäßig. In Fig. 5b wird der Fall beschrieben, daß durch sehr ungleiche Stromaufschaltung in den Spulenbereichen der linken und rechten Seite eine stark nach links zeigende Seitenkraft F_z erzeugt wird, während die Tragkräfte beider Seiten in der Summe gleich bleiben. Durch eine zusätzliche Sensierung der Größe der seitlichen Auslenkung und eine getrennt vorzunehmende Spannungsversorgung für das Spulenpaar Ss und Ss' entsteht die Möglichkeit einer zweiparametrigen Regelung für Trag- und Seitenkraft.

Hierbei ist eine Koordinierung des die Tragkraft bestimmenden Stromversorgungssystems mit dem die Seitenkraft erfassenden System notwendig. Das beschriebene Regelungskonzept kann zweckmäßig dafür verwendet werden, daß auch im Weichenbereich gut stellbares Trag-/Führverhalten erzielt wird, und zwar auch dann, wenn keine beweglichen Fahrbahnteile eingesetzt werden oder diese mit minimalen Ausdehnungen ausgeführt sind.

Minimaler Massenaufwand für fahrzeugseitige Stützkomponenten kann dadurch erreicht werden, daß der Magnetkörper auf die Fahrwegseite gebracht und die Fahrzeugelemente magnetisch passiv ausgeführt sind. Ohne das Grundprinzip des Magnetaufbaus zu verlassen, wird nach Fig. 6 beispielhaft eine symmetrische Anordnung beschrieben. Es ist vorgesehen, das magnetische Feld zweiseitig zu erregen und geschrägte Polflächen einzuführen, um große Seitenkräfte erzeugen zu können. Dem passiven Magnetkreisteil Fg der Fahrzeugseite stehen zwei gleichartige Erregerteile Mgl, links und Mgr, rechts gegenüber. Die Anordnung der z. B. mit 45° geschrägten Polflächen, führt auf etwa gleichgroße Komponenten für Trag- und Seitenkraft an einer Fläche. Die um das jeweilige Zentrum der Magnetanordnung verlaufenden Spulen, Sp1, Sp1', links sowie Sp2, Sp2', rechts sind mit unterschiedlich großen Strömen ansteuerbar. Die Permanentmagnet-Anordnung (Haupt-Pm und Kompensationsationsmagnete KM) entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1. Die Weicheisenteile sind gegenüber der Anordnung von Fig. 1 nur dadurch modifziert, daß die Polflächen geschrägt ausgeführt und im Mittelteil zu einer Polfläche PFm zusammengelegt sind. Ihre Abmessung ist gegenüber den Polflächen PF und PF' etwa auf den doppelten Wert vergrößert. Ähnliches gilt für die korrespondierenden Polansätze von Figur Zur Ermittlung der Kraftkomponenten für die Tragkraft F_y und die Seitenkraft F_z gelten die in Fig. 6 angegebenen Zusammenhänge. Es addieren sich die y-Komponenten linker und rechter Seite zu der gemeinsamen Tragkraft F_y, während sich für die resultierende Seitenkraft F_z die Differenz der Komponenten ergibt. Aus der Normalkraftzerlegung folgt für die y- und z-Komponente die winkelabhängige Größe entsprechend der in Fig. 6 angegebenen Zeigerdarstellung.

Allgemein können die Zusammenhänge zwischen Tragkraft F_y, Seitenkraft F_z und den Durchflutungsanteilen Θ_M (Durchflutung Permanentmagnet), Θ_El (elektrische Durchflutung links), Θ_Er (elektrische Durchflutung rechts) dargestellt werden durch die Gleichungen

F_y ≈ C₁(Θ_M + Θ_El)² + C₁(Θ_M + Θ_Er)² (1)

F_z ≈ C₂(Θ_M + Θ_El)² - C₂(Θ_M + Θ_Er)² (2)

Nichtlineare Einflüsse durch Sättigung des Eisens sind dabei vernachlässigt. Für 45° Polflächenschrägung gilt C₁ = C₂.

Mit der Annahme, daß F_z kleiner als F_y, folgen die Verhältnisse der elektrischen Durchflutungskomponenten zu derjenigen des Permanentmagneten aus Gleichung 1 und 2 zu

Beide Kraftkomponenten F_y und F_z sind somit getrennt steuerbar und können durch vertikale und horizontale Spaltsensorsignale abgefordert werden. Die gewünschte Kraftrichtung F_z ist durch die Stromrichtung bestimmbar.

Für die Anwendung des Stützverfahrens auf längeren Fahrstrecken ist mit Blick auf einen stabilen Eingriff die Unterteilung der Magnete mit einzelnen Spulen in Längsrichtung erforderlich. Diese Längenabschnitte sind mit individuellen Regelkreisen auszustatten und in ihrer Länge kürzer als die Fahrzeuglänge zu wählen. Für die Anwendung eignen sich Transportanlagen mit sehr hoher Fahrzeugfolge. Um den regelungstechnischen Stabilisierungsvorgang mit geringster Zeitverzögerung auszuführen und damit auch für hohe Fahrgeschwindigkeiten anzupassen, wird eine dem Aussteuergrad der Magnetspulen (in Längsrichtung am Fahrzeug) entsprechende weiterzuschaltende Lastvorgabe aus vorher passierten Spulenabschnitten für Nachbarabschnitte abgeleitet und in Bewegungsrichtung weiter übertragen und bezüglich der Spaltbewegung aufbereitet. Für diesen Datentransfer mit örtlicher Aufbereitung stehen leistungsfähige elektronische Systeme zur Verfügung.

Erwähnt sei, daß man für die fahrbahnaktive Variante der Schwebetechnik unter der Maßgabe minimaler Fahrweg-Ausrüstungskosten zur ausschließlichen Anwendung von Ferrit- Magneten tendieren wird und bemüht sein muß, die bei hohen Fahrzeuggewichten entstehenden größeren Abmessungen von Mg (in vertikaler Richtung) einzuschränken.

Hierzu ist im Extremfall auch eine Aufteilung des Hauptmagneten Pm in zwei Teilmagneten und deren Drehung um 90° in Betracht zu ziehen. Bestehen bleibt auch das hierbei durch zwei Erregungszentren erzeugte magnetische Feld von Permanentmagneten und dessen Zusammenwirken mit dem Spulenfeld, wobei die Spulenteile an die Erregungszentren angrenzen und Kompensationsmagnete zur Streufeldbegrenzung eingesetzt sind.

In Weichenbereichen sind entweder verstellbare Elemente einzusetzen oder es ist für "starre" Weichen eine rasch aktivierbare Zusatzfunktion magnetischer Art einzusetzen. Im letzteren Fall erscheint auch die Kombination zwischen dem Tragkonzept nach den Fig. 1 und 4 mit jenem nach Fig. 6 sehr sinnvoll. Werden die Fahrzeuge für normalen Betrieb außerhalb der Weichen, z. B. nach dem Vorschlag von Fig. 4 betrieben, so ergänzen sich im Weichenbereich die Verfahren, wobei für die fahrzeugaktive Schwebetechnik Störstellen zu berücksichtigen sind.

In Fig. 7 ist eine solche Konzeption schematisch gezeichnet. Das fahrwegaktive Stützverfahren nach Fig. 6 wird jeweils verwendet, um in dem gestörten Bereich zusätzliche Stütz- und Führkräfte zu entwickeln. So wird z. B. für Rechtsabzweig im Winkelbereich α die im Normalfall von der linken Seite g entwickelte Trag- und Führkraft wegfallen. Durch das zusätzliche Stützverfahren fahrwegaktiver Art S1 wird die fehlende Tragkraft kompensiert und gleichzeitig eine ausreichend große radiale Seitenkraft bei geringer Abweichung von der Fahrwegideallinie bereitgestellt. Eine entsprechende zusätzliche Abstützung und Führung des Fahrzeugs durch S2 ist gegeben, wenn die Geradeausfahrt bevorzugt wird und der Fahrweg g' gestört ist. Zur vollständigen Funktion "Magnetische Weiche" ist zu fordern, daß die Störstellen zwischen fahrwegaktiven und fahrzeugaktiven Bereichen der Fahrwegelemente minimal sind. Geeignet hierzu ist ein vertikaler Versatz der Wirkebenen beider Verfahren. Diese Annahme liegt der Fig. 7 zugrunde. Der jeweilige Eingriffsbeginn für die fahrbahnaktiven Stützbereiche liegt bei Fig. 7 um die Strecken u versetzt außerhalb des Störstellenbereichs α der fahrzeugaktiven Stützelemente. Durch eine Vertikal- Verschiebung des passiven Stützpartners von S1 wird der Eingriff zur Kurvenfahrt eingeleitet, während S2 ohne Wirkung bleibt.

Fig. 8 zeigt eine Stütz- und Vortriebsvariante, bei der die Kombination der fahrzeugaktiven Stützvariante mit Mg/S, S' in oberster Ebene, die für Weichenbetriebe vorgesehene zusätzliche fahrwegaktive Variante Fg/Mgl, Mgr darunter und das Antriebsteil LA/ES in unterster Ebene angebracht sind.

Ungeachtet der symmetrisch gezeichneten Stützung Fg/Mgl, Mgr ist deren Auslegung so vorzunehmen, daß gegebenenfalls in Störstellenbereichen die verbleibenden Eingriffselemente mit ausreichendem Aussteuerungshub die Schwebekräfte erzeugen und die Bewegung sicherstellen können.

Erwähnt sei, daß sich zur Lösung des Weichenproblems in Abhängigkeit vom Einsatzfall auch Kombinationen der oben beschriebenen Stütztechniken mit anderen, z. B. auch nichtmagnetichen Techniken, als günstig erweisen können.

Fig. 9a zeigt den unteren Teil von einem Fahrzeug, Fig. 9b die entsprechende Fahrweggeometrie in schematisierter 3D-Darstellung.

Auf der rechten Fahrzeugseite sind Kraftpfeile zur Kennzeichnung der Trag- (F_y), Führ- (F_z) und Vortriebsfunktion (F_x) gezeichnet. Von den hier geglättet gezeichneten Funktionsflächen von Fg und LA werden die Kräfte auf das Gestell G und via Z auf den Fahrzeugkörper FK übertragen. Im Fahrwegkörper K ist oben das Erregerteil des Antriebs ES zu erkennen, das dem Fahrzeugteil LA gegenübersteht und unten die fahrwegaktiven Magnetteile Mgl und Mgr, die in Wechselwirkung mit Fg stehen.

Diese Anordnung weist vorteilhafte Merkmale bezüglich Einfachheit, Addition von Antriebsnormalkraft (zwischen ES und LA) und Weichenfähigkeit auf. Zum letzten Punkt empfiehlt sich die Kombination mit einer stabil wirkenden Permanentmagnet-Zusatzfunktion innerhalb des Weichenbereichs. Die Angriffspunkte der Trag-/und Führkräfte liegen überwiegend in den unteren Bereichen der Fahrbahnkonstruktion und lassen sich mit minimalem Materialaufwand abstützen.

Claims (11)

1. Magnetische Stütztechnik mit einer Anordnung zur Erzeugung von Trag- und Führkräften zwischen einem einen Permanentmagneten (Pm) und geregelte Ströme führende Spulen (SP) enthaltenden aktiven Magneten und einem passiven Stützpartner (S, S'), wobei der Luftspalt (ΔY) durch die Regelung stabilisiert ist,
mit einem aktiven Magnet, der mindestens zwei ineinander angeordnete Weich­ eisenschienen (MC1, MC2) mit parallel verlaufenden Polansätzen und zwischen den Weicheisenschienen angeordnet den Permanentmangeten (Pm) und die Spule (Sp) aufweist,
mit einem passiven Stützpartner (S, S') mit mindestens drei parallel verlaufenden Polansätzen, von denen mindestens zwei durch ein Joch verbunden sind, und mit zwei weiteren Permanentmagneten (KM, KM'), die nahe dem Bereich der Polansätze derart angeordnet sind, daß eine Kompensation des im Spulenraum erzeugten Streufeldes erfolgt.

2. Magnetische Stütztechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Permanentmagneten (KM, KM') im Raum zwischen den ferromagnetischen Schenkeln des Erregerteils in gleicher Richtung wie der Permanentmagnet (Pm) zur Erregung der Hauptfelder magnetisiert sind, eine eingeprägte Magnetisierung ähnlicher Größe wie dieser aufweisen und die Ausdehnung in Richtung des Luftspalts mindestens gleichgroß wie der Luftspalt (ΔY) gewählt ist.

3. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei fahrzeugaktiver Variante die Permanentmagnete (Pm) zur Erregung des Hauptfeldes aus einer Kombination von hochremanentem Material und Ferrit-Magneten bestehen, die Breite (quer zur Magnetisierungsrichtung) mindestens das Dreifache der Breite b der ferromagnetischen Polansätze beträgt und so bei einer Spaltlänge von 10-15 mm zu Tragkräften führt, die im Bereich des zehnfachen Gewichts der Magnetanordnung liegen.

4. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß fahrzeuggebundene Erregerteile (Mg) mit einer Länge ausgeführt werden die deutlich kleiner als die gesamte Fahrzeuglänge ist und eine stationäre Spannungsversorgung mit spaltbezogener Regelung aufweisen.

5. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkraftwerte (Fy) der Magnetspulen (Sp) längs des Fahrzeugs festgestellt und über ein Datentransfersystem bewegungsgerecht auf Nachbarspulen übertragen und bezüglich dynamischer Vorgänge aufbereitet werden.

6. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die fahrbahngebundene Anordnung der Erregerteile (Mgl, Mgr) zweiseitig angewendet wird und sowohl Tragkraftkomponenten (F_y) als auch Seitenkraftkomponenten (F_z) spaltabhängig geregelt werden.

7. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Kombinationen von fahrzeugaktiven und fahrbahnaktiven Magnetanordnungen mindestens auf Teilstrecken der Fahrbahn im Eingriff sind.

8. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei kombinierten Anwendungen vor dem Eingriff einer bestimmten Stützvariante Stütz­ partner mechanisch in ihrer Position verändert werden.

9. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß für Teilstrecken eine Kombination mit anderen magnetischen oder nichtmagnetischen Stütztechniken erfolgt.

10. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb auf der Wechselwirkung zwischen einem durch Permanentmagnete (ES) erzeugten Erregerfeld und den Wechselströmen einer Spulenanordnung (LA) mit mindestens zwei Strängen je Fahrbahnseite und nicht überlappter Ausführung beruht.

11. Magnetische Stütztechnik nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspaltebene des Linearantriebs (zwischen ES und LA) weitgehend parallel zum Luftspalt (ΔY) der geregelten Schwebeanordnung verläuft und der fahrzeuggebundene Teil der Antriebselemente (LA) fest mit den fahrzeuggebundenen Stützpartnern des Schwebesystems (G) verbunden und die Normalkraft des Antriebs deutlich geringer als die Tragkraft des magnetischen Stützsystems ist.