DE2146143A1

DE2146143A1 - Elektromagnetisches trag- oder fuehrungssystem

Info

Publication number: DE2146143A1
Application number: DE2146143A
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: 1971-09-15
Filing date: 1971-09-15
Publication date: 1973-03-22
Also published as: GB1395787A; FR2154012A5; IT965208B; US3780668A; CA976034A; JPS4837808A

Description

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Krauss-Maffei TF 474

Aktiengesellschaft
München 50

Elektromagnetisches Trag- oder Führungssystem.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Tragoder Führungssystem mit mindestens einem Elektrotrag- oder -führungsmagneten mit im wesentlichen U-förmigem Kernprofil und einer Ankerschiene als Trag- oder Führungsschiene zum beruhrungslosen Tragen oder Führen insbesondere eines Schwebefahrzeuge.

Bekannte Systeme dieser Art verwenden Flachanker als Ankerschienen und besitzen eine instabile Kraftkennlinie, so daß bei ihrem Einsatz sowohl als Trageysterne als auch als Führungssysteme an einem völlig freischwebend aufgehängten Fahrzeug eine elektronische Regelung der Anziehungskräfte in Richtung beider Freiheitsgrade erforderlich ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, bei dessen Verwendung zum berührungslosen Tragen und/oder zum Führen eines Fahrzeugs der Regelaufwand geringer gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem System der. eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ankerschiene im wesentlichen U-förmiges Profil aufweist, dessen Seitenschenkel mit den Seitenschenkeln des Elektromagnetkerns auf Abstand und überlappt angeordnet sind, wobei die Seitenschenkel der Ankerschiene oder des Magnetkerns in Richtung auf die Seitenschenkel des Magnetkerns oder der Ankerschiene geneigt verlaufen. Ein solches System entwickelt eine in Richtung seiner Längsachse, auf der die Profilschwerpunkte liegen, eine Anziehungskraft, die in einem bestimmten Bereich der Lage des Elektromagneten entlang dieser Längsachse stabil verläuft. Dies rührt daher, daß der Luftspalt zwischen dem Ende jedes Seitenschenkels des Elektromagnetkerns oder der Ankerschiene und dem zugehörigen Seitenschenkel der Ankerschiene oder des Magnetkerns durch deren relative Neigung und Überlappung mit zunehmendem Abstand der Profilschwerpunkte des Magneten und der Schiene abnimmt. Die Kraftkennlinie überschreitet dann ihr Maximum, wenn praktisch keine Überlappung der Seitenschenkel mehr vorliegt. Bei einer Querauslenkung reagiert das Sys tem dagegen instabil. *Iie FQderkonetaniö, die somit bei einer Längaauslenkung in ein«;? böefcimmtön B&.v<a£ch

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positiv und bei einer Querauslenkung negativ ist und ein Maß für die Stabilität in Längsrichtung bzw. die Instabilität in Querrichtung darstellt, ist in Längsrichtung aber stets kleiner als in Querrichtung, so daß ein gegen horizontale und vertikale Auslenkungen stabiles Schweben mit er£indungsgemäfien Systemen allein nicht möglich ist. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt vMmehr darin, daß bei dessen Einsatz beispielsweise zur seitlichen Führung eine Regelung in dieser Dimension entweder ganz entfallen oder zumindest sehr einfach gehalten werden kann, indem die Regelung beispielsweise nur Fahrzeugschwingungen dämpfen muß.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systens liegt in der größeren Bewegungsfreiheit des schwebenden Systemteils in Systemlängsrichtung, die die bei Flächankern mögliche Luftspaltstärke weit übertrifft. Deshalb können bei seinext Einsatz an einem freischwebend su tragenden und/oder zu führenden Fahrzeug in Systemltngsrichtung größere Spurtoleranzen aufgenommen werden, was insbesondere bei Kurvenfahrten und bei» Fahren Ober Heichen vorteilhaft ist.

Ein relativ breiter Magnet mit kurzen Seitenachenkeln wird gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung

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dadurch möglich, daß die Seitenschenkel der Ankerschiene in den Raum zwischen den Seitenschenkeln des Elektromagnetkerne reichen. Der wesentliche Vorteil dieser Ausbildung des Systems liegt in dem geringen Streufluß zwischen den relativ weit auseinanderstehenden Seitenschenkeln des Magnetkerns und der sich daraus ergebenden wickeltechnisch günstigen sehr breiten Spule mit geringer Wickelhöhe auf dem Jochschenkel des Magnetkerns.

Den reibungslosen Fahrzeugbetrieb beeinträchtigende Witterungseinflüsse sind andererseits dann in höherem Maße ausgeschaltet, wenn die Seitenechenkel der Ankerschiene die Seitenechenkel des Elektromagnetkerns zum Teil umgreifen. Dann stellen die gegen Eisbildung, Schmutzablagerung u.dgl. geschützteren Innenflächen der Seitenschenkel der Ankerschiene die aktiven Polflächen dar.

In Weiterbildung der Erfindung besitzen die Seltenechenoder des Elektromagnetkerne kel der AnkerschieneVgekrUnrates Profil. Dadurch ist es mu£Lch, der Federkonstanten und damit der Kraftkennlinie in ihren stabilen Bereich einen bestimmten erwünschten Verlauf zu geben. Beispielsweise kann eine Bit steigender Last härter oder weicher werdende Federcharakteristik erzielt werden.

Ein magnetisches Trag- und Führung· sy stern läßt «ich vorteilhaft aus erfindungsgemäfien Systemen zum Tragen bzw.

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in zum Führen in Kombination mit Längsrichtung instabilen Systemen, zum Führen bzw. zum Tragen aufbauen. Ein solches Trag- und Führungssystem verhält sich in Längsrichtung der erfindungsgemäßen ineinandergreifenden Trag- oder Führungssysteme, d.h. in vertikaler Richtung bei deren Einsatz als Tragsysteme bzw. in horizontaler Richtung bei deren Einsatz als Führungssysteme, stabil, wobei die Stabilität in dieser Richtung durch von den in Längsrichtung instabilen Systemen entwickelte rück-*, treibende Kräfte erhöht wird, so daß in dieser Dimension kein oder nur ein geringer Regeleingriff erforderlich ist. Die instabilen Achsen beider Systemarten verlaufen dann parallel zueinander, so daß der Instabilität in dieser Dimension durch entsprechende Regelung der Erregung der Magnete der instabilen System· begegnet werden muß.

Wegen der relativ großen Längsverschiebbarkeit der Magnete des erfindungsgemäßen längsstabilen Trag- oder Führungssystems wird dieses insbesondere für Fahrzeuge, die auf gerader Strecke Steigungen mit starker Krümmung überwinden müssen, als Tragsystem verwendet, während sich bei ebenen Strecken mit einer Vielzahl von Kurven und Weichen dessen Einsatz als Führungssystem empfiehlt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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~.s zeigt:

Flg. 1 ein erfindungsgemäßes Trag- oder Führungssystem mit In den Innenraum des Elektromagnetkernprofils reichenden, geneigten AnkerSchienenschenkeln in schematischer Darstellung»

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Trag- oder Führungssystem mit den Elektromagnetkern zum Teil umgreifenden, geneigten Ankerschienenschenkeln in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein System gemäß Fig. 1 mit geneigten Magnetkernseitenschenkeln ,

Fig. 4 ein System gemäß Fig. 2 mit geneigten Magnetkernseitenschenkeln ,

Fig. 5 und 6 Systeme gemäß Fig. 1 mit gekrümmtem Ankerschienenschenkelprofil,

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes System gemäß Fig. 1 als Trageystem in Kombination mit einem instabilen Führungssystem und

Fig. 8 ein erfindungsgemäßes System gemäß Fig. 1 als Führungssystem in Kombination mit einem instabilen Tragsystem.

DdS elektromagnet!sciie Trag- oder Führungssystem besitzt eine feststehende Ankerschiene 1 mit im wesentlichen U-förmiyem Profil, dessen SeitenseharJcel 2 mit dem Ba3isschsnkei 3 des Profils gemäß FIg, 1 iinen Winkel « vox*. i%nr als

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9O° einschließen. Am zu tragenden oder zu führenden Fahrzeug 4 ist mindestens ein Elektromagnet 5 montiert, dessen langgestreckter Kern 6 U-förmiges Profil aufweist und auf seinem Jochschenkel 7 eine Spule 8 trägt. Unter der Wirkung des von der stromdurchflossenen Spule aufgebauten, beide Profile durchsetzenden Hagnetfeldes 9 sowie einer seitlichen anderweitigen Führung IO wird der schwebende Systemteil 11 des in Fig. 1 dargestellten Systems in der gezeichneten Lage relativ zur Ankerschiene 1 gehalten. In dieser Lage überlappen die einander zugeordneten Seltenschenkel 12 und 2 von Magnetkern 6 und Ankerschiene 1, indem die Seitenschenkel 2 der Ankerschiene 1 in den Raum zwischen den Seitenschenkeln 12 des Magnetkerns 6 hineinreichen. Die SchrSgsteilung der Seltenschenkel 2 der Ankerschiene 1 in Richtung auf die zugeordneten Seitenschenkel 12 des Magnetkerne 6 begründet nun eine mit zunehmendem Voneinanderabrücken der Profile ansteigende Anziehungskraft bis praktisch keine Überlappung mehr vorliegt und das System wie die bekannten Anziehungskräfte ausnutzenden Trag- oder Führungssystenc instabil wird. Wird die durch die beiden Profilechwerpunkte verlaufende Achse bei symmetrischer Lage des Magnetkerns als Längsachse 13 bezeichnet, so kann von einem längsstabilen System gesprochen werden. Eine Querstabilität ist nicht gegeben, da - wie leicht einzusehen 1st -bei einer Querauslenkung des Magnetkerns 6 eine resultierende Querkraft in Richtung dieser Auslenkung entsteht,

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so daß das System in Querrichtung mit Hilfe gesonderter Führungsmaßnahmen 10 stabilisiert werden muß, was in Längsrichtung grundsätzlich nicht der Fall ist.

Gemäß Fig. 2 reichen die Seitenschenkel 12 des Elektromagnetkerns 6 in das Profilinnere der Ankerschiene 1 hinein, was sich hinsichtlich der Ausschaltung ungünstiger Witterungseinflüsse als vorteilhaft erweist. Dabei bilden die Seitenschenkel 2 der Ankerschiene 1 mit deren Basisschenkel 3 einen Winkel oc von weniger als 90°. ,

Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Systemen sind anstelle der Seltenschenkel 2 der Ankerschiene 1 die Seitenschenkel 12 des Elektromagnetkerns 6 zu den Ankerschienenseitenschenkeln 2 hin geneigt ausgebildet, wobei der Elektromagnet 5 in den Innenraum des Ankerschienenprofils hineinreicht (Fig. 4) bzw. das Schienenprofil zum Teil uiagaift (Fig. 3). Dies hat den Vorteil, daß ein einziges Ankerschienenprofil für verschiedene Magnetkernprofile und Magnetanordnungen relativ zur Ankerschiene verwendet werden kann.

In gewissem Rahmen lassen sich durch besonders gestaltete Seitenschenkel 2 bzw. 12 der Ankerschiene 1 bzw. des Elektromagneten 5 vorgegebene Kraftkennlinien erreichen. Gemäß Fig. 5 ist das Profil der Seitenschenkel 2 der Ankerschiene 1 vom Schienenprof!!schwerpunkt aus betrachtet konvex gekrümmt. Diese Krümmung führt zu

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einer Zunahme der Federkonstanten des Systems mit wachsender Längsauslenkung, d.h. die elastische Aufhängung des schwebenden Systemteils 11 wird mit steigender Last härter. Der umgekehrte Effekt läßt sich gemäß Fig. 6 durch konkave Krümmung des Seitenschenkelprofils der Ankerschiene 1 erreichen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Anwendungsbeispiele der beschriebenen längsstabilen Systeme in Kombination mit in Längsrichtung instabilen Systemen zum freischwebenden Tragen und Führen eines entlang einer Trasse 14 bewegbaren Fahrzeugs 15. Gemäß Fig. 7 dienen die längsstabilen Systeme 16 als Tragsysteme, während als Führungssysteme in Längsrichtung instabile Systeme 17 aus Ankerschienen 18 und Elektromagneten 19 mit U-Profilen eingesetzt sind, deren Schenkel einander gegenüberstehen. Diese entwickeln jedoch bei einer Querauslenkung rücktreibende Kräfte, die die Stabilität des Gesamtsystems in vertikaler Richtung erhöhen, so daß in gewissen Fällen auf eine besondere Regelung der vertikalen Kräfte ganz verzichtet werden kann, äußeren oder inneren horizontalen Kräften auf das Fahrzeug 15 müssen infolge der in dieser Richtung bei b. idan Systemarten vorliegenden Instabilität durch entsprechende Regelung des Erregerstromes der Elektromagn tupuLen 20 des Führungssystems unter Aufraehterhultung an 5<oLlabstünde kompensiert werden.

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Umgekehrt verhält sich das System gemäß Fig. 8, bei dem längsstabile Systeme 21 als Führungssysteme eingesetzt sind und in Längsrichtung instabile Systeme 22 die Tragfunktion ausüben, in vertikaler Richtung instabil, so daß die Tragsysteme 22 geregelt werden müssen, während auf die Regelung der Führungssysteme 22 bei nicht zu hohen Anforderungen an eine zentrale Lage des schwebenden Systemteils, die ja infolge der in Längsrichtung der Führungssysteme größeren Freiheit vom System her nicht gestellt zu werden brauchen, ganz verzichtet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1./Elektromagnetisches Trag- oder Führungssystem mit " mindestens einem Elektrotrag- oder -führungsmagneten mit im wesentlichen U-förmigem Kernprofil und einer Ankerschiene als Trag- oder Führungsschiene zum berührungslosen Tragen und Führen insbesondere eines Schwebefahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daft die Ankerschiene (1) im wesentlichen U-fönniges Profil aufweist, dessen Seitenschenkel (2) mit den Seitenschenkeln (12) des Elektromagnetkerns (6) auf Abstand und überlappt angeordnet sind, wobei die Seitenachenkel (2 bzw. 12) der Ankerschiene (1) oder des Magnetkerns (6) in Richtung auf die Seitenschenkel (12 bzw. 2) des Magnetkerns (6) oder der Ankerschiene (1) geneigt verlaufen.

2. Magnetisches Trag- oder Führungssyste» nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Seitensch*nkel (2) der Ankerschiene (1) in den Raum zwischen den Seltenschenkeln (12) des Elektromagnetkerns (6) reichen.

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3. Magnetische· Trag- oder Führung·eyetem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Seitenschenkel (2) der Ankerschiene (1) die Seitenschenkel (12) des Elektronagnetkerns (6) sun Teil umgreifen.

4. Magnetisches Trag- oder Führungssyste* nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennselchnet, da· die ßeitenschenkel {2 bxw. 12) der Ankerschiene (1) bxw* des Xlektroeuignetkerns (§) gekrussites Pro-

4 *

fil becitxen.

5. lUfnetl»chee Traf- und Führungssystea, dadurch gekenn- «eIchnet, da· Syate«· (l€ baw. 21) nach eines 4er vorhergehenden Ansprüche stsa Tragen bew. turn führen in Kowbiaation »it 1» Llngerichtuaf la·tabilen Byeteeen C17 b*w. 22) sua Führen b«w. Trafen vorgesehen «Ind.

Or/T

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