DE2134424A1

DE2134424A1 - Elektromagnetisches trag- und fuehrungssystem, insbesondere fuer schwebebahnen

Info

Publication number: DE2134424A1
Application number: DE2134424A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Phys Dr Bohn; Helmut Dipl Ing Schauberger; Peter Dipl Ing Schwaerzler
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1971-07-09
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1973-01-18
Also published as: DE2134424B2; US3804022A; JPS5013523B1; IT960977B; GB1353281A; DE2134424C3; FR2145948A5; CA959550A

Description

KRAUSS-MAFFEI · AKTIENGESELLSCHAFT · 8000 MÜNCHEN

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Elektromagnetisches Trag- und Führungssystem, insbesondere für Schwebebahnen

Die Erfindung "betrifft ein elektromagnetisches Trag- und Führungssystem, insbesondere für Schwebebahnen.

Bekannte elektromagnetische Trag- und Führungssysteme verwenden zum Tragen und Führen getrennte Hagnetreihen, denen senkrecht zueinanderstehende Ankerschienenflachen, zugeordnet sind. Diese können entweder unverbunden durch zv/ei gesonderte Ankerschienen oder verbunden durch eine ¥inkelprofilschiene gebildet werden.

TJm jede Art unerwünscht er .Bewegungen eines solcherart freischwebend magnetisch aufgehängten, beispielsweise zur Personenbeförderungen bestimmten Fahrzeugs auszuschalten, bedarf es jedoch auf jeder Seite des Fahrzeugs einer Trag- und einer Führungsschiene bzw. einer ¥inkelprofilschiene, wobei gegenüber jeder Schienenfläche eine Hagnetreihe erforderlich ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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Hierin liegt ein erheblicher Aufwand, der nach der Erfindung verringert werden soll·

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß an einem Fahrzeugkörper in Fahrzeuglängsrichtung angebrachte und freischwebend unter einer feststehenden Ankerschiene gehaltene Magnete beidseitig in Fahrzeugquerrichtung zur Ankerschiene versetzt angeordnet sind. Es bestehen damit zwei Gruppen von unter der Ankerschiene schwebenden Magneten, deren eine zumindest bei in Querrichtung unbelastetem schwebendem Systemteil nach rechts und deren andere nach links aus der vertikalen Schienenmittelebene versetzt ist. Die,aus den Magneten austretenden und durch den luftspalt zur Ankerschiene verlaufenden Feldlinien sind somit nach innen zur vertikalen Schienenmittelebene hin geneigt, so daß jeder Magnet neben seiner Sragfunktion eine Führungsfunktion übernimmt. Es kann daher auf ein gesondertes Führungssystem aus zwei Führungsschienen bzw. zur Führung bestimmten Ankerschienenschenkeln und zwei Führungsmagnetreihen verzichtet werden, was die Trassen- und die Fahrzeugkosten ganz wesentlich senkt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Trag- und Führungssystems liegt in einer Verringerung der Regelleistung zur seitlichen Führung des Fahrzeugs ₀ Bei einem gesonderten Führungssystem aus zwei seitlich des Fahrzeugs

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angeordneten Führungsschienen bzw. zur Führung bestimmten Ankerschienensehenkeln und entsprechenden Führungsmagneten, deren Feldachsen horizontal liegen, sind ausschließlich beidseitig horizontal nach außen gerichtete magnetische Anziehungskräfte erzeugbar. Da es reglungstechnisch ungünstig ist, die Erregerströme aller Führungsmagnete bei symmetrischer lage des schwebenden Systemteils auf Bull zu regeln und nur bei einer seitlichen Verschiebung zur Aufbringung einer entsprechenden Gegenführungskraft eine Hälfte der Führungsmagnete des Systems entsprechend zu erregen, werden grundsätzlich alle Magnete auch bei symmetrischer lage des schwebenden Systemteils derart erregt, daß sich die Führungskräfte aufheben, und daß einer Störung des Kräftegleichgewichts infolge einer seitlichen Auslenkung des Fahrzeugs stets durch Rücknahme der Erregung der Führungsmagnete auf einer Fahrzeugseite und Verstärkung der Erregung der Magnete auf der anderen Fahrzeugseite begegnet werden kann. Diese, eine Art "Vorspannung" begründende Vormagnetisierung aller Führungsmagnete macht das Führungssystem an sich labil, d.h. bei jeder Störung der seitlichen Symmetrie erwächst ohne Eingriff der Regelung eine horizontale Kraft auf das Fahrzeug in Richtung der Störung, die der Differenz zwischen der größer werdenden Zugkraft der Führungsmagnete am sich verringernden Führungsluftspalt und der kleiner werdenden Zugkraft der Führungsmagnete am sich vergrößernden Luftspalt entspricht. Nun ist diese Kraft zwar

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regelungstecliniscli durch entsprechende Änderungen der Erregungen durchaus zu beherrschen bzw. zu kompensieren, das erfindungsgemäße Trag- und li¹ührungss3^!'stem erweist sich jedoch gerade in dieser Hinsicht als beträchtlich überlegen. Zwar stellt auch die beidseitig versetzte Anordnung der Magnete rechts und links der Schiene ein vorgespanntes System dar, da beide Magnetgruppen unter die Ankerschiene zu gelangen trachten, die Größe der horizontalen Kraftkomponente eines solchen versetzt angeordneten Magneten ändert sich jedoch bei konstantem Abstand von der Schiene und konstantem Erregerstrom in Abhängigkeit von der horizontalen Versetzung von Hull aus bis auf ein Maximum ansteigend und bei stärkerer Versetzung wieder abfallend. ¥enn daher bei symmetrischer lage des schwebenden Systemteils der Arbeitspunkt der Magnete .auf dem ansteigenden Zweig der Kennlinie liegt, ruft eine horizontale Auslenkung eine Kraft hervor, die der Auslenkung entgegenwirkt, da die horizontale Kraftkomponente derjenigen Magnetgruppe, die sich unter die Ankerschiene bewegt, abnimmt, während diese Komponente der von der Schiene abrückenden Magnetgruppe zunimmt. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße Trag- und Führungssystem verhält sich hinsichtlich seiner Führungsaufgabe stabil, so daß grundsätzlich eine alleinige Regelung des Abstandes zur Ankerschiene ausreichen kann, um ein schwebendes System bei kleinen Störungskräften in einem gewünschten

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lagebereich zu halten. Eine von der luftspaltgröße unabhängige Regelung des Querauslenkverhaltens des schwebenden Systemteils wird beim erfindungsgemäßen kombinierten Trag- und Führungssystem durch gesonderte Regelbarkeit der Erregung der beiden Magnetgrupjoen erzielt; Unabhängig von der selbststabilisierenden Wirkung der Magnetanordnung kann dann jedes gewünschte Querauslenkverhalten des schwebenden Systemteils schon bei relativ geringer Regelleistung dadurch erreicht werden, daß der Erregerstrom der sich von der Ankerschiene entfernenden Magnetgruppe entsprechend verstärkt und derjenige der sich der Ankerschiene nähernden Magnetgruppe entsprechend geschwächt wird, ohne daß sich die resultierende vertikale Tragkraft und damit der Abstand von der Ankerschiene ändert. Durch unterschiedliche Erregung der beiden Magnetgruppen können also sowohl positive als auch negative horizontale Kraftkomponenten erzeugt werden.

Die erfindungsgemäß versetzte Anordnung der Magnete entschärft auch die beim Durchfahren von Kurven und Weichen auftretenden Schwierigkeiten, die bei der bekannten Anordnung von Führungsmagneten und Führungsschienen dadurch entstehen, daß sich die Führungsspalte bei gekrümmter Trasse auf einer Fahrzeugseite an den Fahrzeugenden verkleinern bzw. vergrößern und in Fahrzeugmitte dagegen vergrößern bzw. verkleinern. Durch die erfindungsgemäße Anordnung aller Magnete unter den Ankerschienen bedarf

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es keiner besonderen Maßnahme zur Überwindung dieser Probleme, da kein Anstoßen an die Ankerschienen auftreten kann.

Schließlich bedeutet die Reduzierung der Zahl der Magnetreihen die Möglichkeit einer Verkleinerung der Wirbelstromverluste in den Ankerschierien»die bei der Vorwärtsbewegung des schwebenden Systemteils mindestens an der Pront und am Ende jeder Magnetreihe entstehen, wo das

Ankerschienenmaterial· magnetisiert bzw. entmagnetisiert wird.

Eine hinreichend gleichmäßige Verteilung der auf den schwebenden Systemteil ausgeübten !Führungskräfte wird dadurch erreicht, daß die Magnete alternierend nach rechts und links versetzt sind.

Wenn die Magnete um ein bestimmtes Maß versetzt in bestimmtem Abstand unter der Ankerschiene angeordnet sind, liegt damit ein bestimmtes Verhältnis der vertikalen Kraftkomponente zur horizontalen vor. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dieses Verhältnis der Tragkraft zur Führungskraft dadurch wählbar, daß die einander gegenüberliegenden Polflächen der Iragmagnete und der Ankerschiene zur Waagerechten geneigt verlaufen.

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Da andererseits die Breite der einander gegenüberliegenden PoIflachen der Tragmagnete und der Ankerschiene etwa gleich sein soll, ergibt sieh dann infolge des durch die Versetzung der Magnete "bedingten Y-Profils der Polfläche der Ankerschiene eine größere Schenkerbreite der Ankerschiene, die diese verteuert. Zur Materialeinsparung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in diesem Pall die Ankerschiene mit Polschuhen ausgestattet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs"beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert: Es zeigt:

. 1 eine schematische Darstellung einer auf einer Pahrzeugseite angeordneten Reihe von Magneten eines erfindungsgemäßen Trag- und Pührungssystems. Pig. 2 einen Schnitt durch das System gemäß Linie II-II, Pig. 3 einen Schnitt durch das System gemäß linie IH-III, Pig. 4 und 5 die Schnittdarsteilungen der Pig.2 und 3

"bei geneigt angeordneten Polflächen, Pig. 6 eine mit Polschuhen ausgestattete Ankerschiene.

Ein schwebend zu führendes Pahrzeug 1 weist an "beiden Außenseiten seines Unterbaue je eine Reihe von Magneten 2 und 3 auf, die sich in Pahrzeuglängsrichtung erstrecken (Pig.1). Die Kerne 4 der Magnete 2 und 3 "besitzen U-förmiges Profil, dessen Seitenschenkel 5 nach o"ben gerichtet

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sind und je eine Erregerspule 6 tragen. Auf jeder Seite der !Trasse 7 ist eine Ankerschiene S mit U-förmigem Profil montiert, deren.Seitenschenkel 9 nach unten zeigen und den Magnetkernseitenschenkeln 5 etwa gegenüberstehen (Fig.2 Ms 6).

Unter der ¥irkung des "beide Profile durchsetzenden geregelten Flusses wird das Fahrzeug 1 in bestimmtem Abstand frei schwebend magnetisch unter den Ankerschienen 8, von denen nur die rechts angeordnete dargestellt ist, getragen.

Die Magnete 2 und 3 jeder Reihe fluchten nicht exakt, wie bei bekannten Eragsystemen, die ein gesondertes Führungssystem benötigen. Vielmehr sind die Magnete in Fahrzeuglängsrichtung abwechselnd aus der senkrechten Ankerschieneiimittelebene 13 (Fig.1) nach rechts (Magnete 3 in Fig.3) und links .(Magnete 2 in Pig.2) versetzt angeordnet. Durch diese versetzte Anordnung verläuft die Kraft P zwischen jedem Magneten und der Ankerschiene nicht vertikal, sondern schräg, so daß zwischen einer vertikalen Tragkraft P„ und einer horizontalen Führungskraft P unterschieden werden kann, wobei die horizontale Führungskraft P bei den vorkommenden Beträgen der wechselseitigen Versetzung der Magnete immer der Versetzung entgegenwirkt. Die Magnetanordnung ist so getroffen, daß beim Fehlen von äußeren Kräften auf das Fahrzeug sowie Träg-

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heitskräften infolge Kurvenfahrt, wenn also die Summe aller Führungskräfte P gleich Null ist, eine symmetrische lage des schwebenden Systemteils vorliegt.

Die Größe der "beidseitigen Versetzung ist ferner so gewählt, daß bei einer Auslenkung des schwebenden Systemteils, wie eingangs erläutert, eine der Auslenkung entgegengerichtete resultierende Führungskraft auftritt. Reicht diese zur Kompensation der auftretenden, auf den schwebenden Systemteil einwirkenden Kräfte nicht aus oder ist das Querauslenkverhalten zu. weich, so lassen sich die gewünschten Führungskräfte durch entsprechende getrennte Erregung der Gruppe nach rechts versetzter Magnete 3 und der Gruppe nach links versetzter Magnete 2 erzeugen. Während beispielsweise durch Rücknahme der Erregung der nach rechts versetzten Magnete 3 und Verstärkung der Erregung der nach links versetzten Magnete 2 bei etwa konstanter Tragkraft eine nach rechts gerichtete resultierende Führungskraft erzeugt werden kann, läßt sich durch gemeinsame gleichsinnige Regelung der Erregung aller Magnete 2 und 3 eine Tragkraftminderung oder -verstärkung erzielen. In der Regel sind beide Arten des Regeins gleichzeitig vorzunehmen.

Die Fig.4 und 5 zeigen den auf der rechten Seite des Fahrzeugs angeordneten Teil eines Trag- und Führungssystems mit zwei Ankerschienen, das sich nur durch eine

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Neigung der als Polflächen 10 und 11 wirkenden Stirnflächen der Seit en sohenkel 5 "bzw. 9 der Magnete und der Ankerschiene zur Horizontalen vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Hierdurch ist es möglich, bei vorgegebener beidseitiger Versetzung einen bestimmten Bereich für den Wert des Verhältnisses der [Dragkräfte zu. den lührungskräften im betriebsmäßig vorkommenden Iiuftspaltbereich festzulegen. Beispielsweise kann bei einer Neigung von etwa 45° ein Verhältnis von 1 erreicht werden, während dieses bei horizontalen Polflächen gemäß lig.2 und 3 beispielsweise bei 3 liegen kann· Der optimale Betrag dieses Verhältniswertes ist von den im Betrieb auftretenden Störgrößen abhängig. Infolge der naturgemäß entgegengesetzt gerichteten neigung der Polflächen entgegengesetzt versetzter Magnete weist die Stirnfläche der Seitenschenkel 9 der Ankerschiene 8 V-förmiges Profil auf. Wegen der gebotenen Gleichheit

^ einander gegenüberstehender Polflächen ergibt sich eine magnetisch nicht erforderliche Verbreiterung der Seitenschenkel 9f die zur Materialersparnis durch besondere Polschuhe 12 an der Ankerschiene 8 vermieden werden kann (Pig.6). Die Polschuhe 12 sind mit der Ankerschiene 8 verschraubt. Selbstverständlich ist auch eine einstückige Ausführung einer Ankerschiene mit Polschuhen denkbar.

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Claims

K R AU S S - M A F F E I · AKTIENGESELLSCHAFT · 8000 MÜNCHEN Patentansprüche

1. ^Elektromagnetisches !Drag- und Führungssystem, insbesondere für Schwebebahnen, dadurch gekennzeichnet, daß . an einem Fahrzeugkörper (1) in Fahrzeuglängsrichtung angebrachte und freischwebend "unter einer feststehenden Ankerschiene (8) gehaltene Magnete (2, 3) beidseitig in Fahrzeugquerrichtung zur Ankerschiene versetzt angeordnet sind.

2. Elektromagnetisches Trag- und Eührungssystem, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede auf einer Seite der Ankerschiene (8) angeordnete Magnetgruppe (2 bzw. 3) gesondert geregelt erregbar ist.

3. Elektromagnetisches Trag- und Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (2, 3) alternierend nach rechts (3) und links (2) versetzt sind.

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4. Elektromagnetisches Trag- und Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Polflächen (10 bzw. 11) der Magnete (2, 3) und der Ankerschiene (8) zur ¥aagerechten geneigt verlaufen.

5. Elektromagnetisches Trag- und Führungssystem nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerschiene (8) mit Polschuhen (12) ausgestattet ist.

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