DE2164157A1

DE2164157A1 - Verkehrssystem

Info

Publication number: DE2164157A1
Application number: DE2164157A
Authority: DE
Inventors: Walter Mehnert
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1973-07-05
Also published as: FR2174490A5; US3844220A

Description

Verkehrssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verkehrssystem, das auf der Basis eines Hagnetkissens beruht, bevorzugt auf dem eines abstoßenden Systems.

Solche Verkehreeysteme sind an sich schon in verschiedenen AusfUhrungsformen bekannt. So zählt ein magnetisches Aufhängesystem für ein sich bewegendes Fahrzeug zum Stand der Technik, welches mit dem Fahrzeug gekoppelt ist und ,ein elektromagnetisches Feld aufbaut. Hierbei wird ein Magnet frei schwebend und durch Abstoßung - die durch induziertes Gegenfeld hervorgerufen wird - geführt. Der leitende Körper kann hierbei ein normaler Leiter oder ein Supraleiter sein. Der sich bewegende Magnet Induziert in dem Leiter Wirbelströme, die durch die Rückstoßkraft die Magnete bei einer bestimmten Geschwindigkeit zum Schweben bringen. Dieses System ist u. a. mit dem Nachteil behaftet, daß kein Fahrbahnwechsel möglich ist! Der entscheidende Nachteil ist, daß das gesamte System in den Führungen gefangen lstj und außerdem wirken sich hier alle von außen angreifenden Störkräfte durch den konstruktiv festgelegten Umfang auf die Fahrzeugbewegung aus.

Heiterhin 1st ein Verkehrssystem bekannt geworden, das auf einem Strömungsmittelkissen beweglich ist, und welches von einer fluidisierten Bahn aus. erzeugt wird. Auch dieses System ist mit sahireichen Kachteilen behaftet, so u. a. durch große Verluste des Mediums.

Einige Anordnungen, die zum Stand der Technik bekannt geworden sind, weisen einen Freiheitsgrad auf, wobei jeweils die Trasse als Bezugssystem anzusehen 1st, besitzen dann aber keine Möglichkeit mehr, eine stabile Gleichgewichtslage konstanter Beständigkeit (Stabilität) einzuhalten. D.h., es ist nicht möglich, unabhängig von Stör-

30 9827/0112

größen «Inc in kleinen Grenzen definierte Gleichgewichtslage einzuhalten· Dieser Freiheitsgrad 1st bei abstoßendem Systea in der Regel nach oben, bei anziehendes System nach unten gerichtet.

Veiter· Anordnungen haben keinen Freiheitsgrad» dafür aber die Möglichkeit, die Gleichgewichtslage besser einzuhalten. Diese Anordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, daft sie keine Ausweichmöglichkelten für das Fahrzeug besitzen. Außerdem 1st die Möglichkeit, die Gleichgewichtslage besser einzuhalten, durch die Kopplung der Führungssysterne fiber den primär erzeugenden Mittelmagneten stark beschränkt.

·

Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt geworden, die den Freiheitsgrad bei abstoßenden System benutzt, um die Trasse nach oben zu verlassen, oder von oben wieder auf die Trasse einzufahren.

Abgesehen von den prinzipiellen Mängeln, wie sie für Anordnungen mit Freiheitsgraden vorstehend beschrieben worden sind, wird diese Lösung durch erheblichen mechanischen Aufwand erkauft. Dieser Aufwand ist hauptsächlich dadurch gegeben, das das Verkehtssystem mechanisch In

seiner Form verändert wird, indem beispielsweise eine . Flosse ausgefahren wird. Das ist der Grund, warum so * ein Vorschlag bei Magnetkissenfahrzeugen mit hohen Geschwindigkeiten noch nicht gemacht worden ist, abgesehen davon, daß durch die ausgefahrene Flosse ein erheblicher, kaum zu beherrschender Auftrieb erzeugt wird und das . System daher den Trassenwechsel nur bei geringer Geschwindigkeit vornehmen kann. Bei Magnetkissenfahrzeugen, die auf elektrodynamischer Abstoßung beruhen und bei denen die Trasse Inaktiv 1st, 1st dieser Nachteil der verminderten Geschwindigkeit so groß, daß eine derartige Lösung prinzipiell fraglich ist. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil dieses Systems besteht darin, daß die auszufahrende Flosse das Gesamtgewicht des kompletten Verkehresystems aufnehmen muß,

3(19827/0112

BAD ORIGINAL

wodurch de« Zuggevicht eine «ehr enge Grenze gesetzt 1st. Das durch diese Lösung beschriebene Konzept widerspricht der Aufgabenstellung Lasten groBen Raumes zu befördern und bleibt daher auf kabinenbahn-ähnllche Systeme kleiner Geschwindigkeiten und Beförderungskapazitäten beschränkt·

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verkehrssystem zu schaffen, das große Beförderungskapazität bei hohen Geschwindigkeiten zuläßt und einen Trassenwechsel auch bei unveränderter hoher Geschwindigkeit ohne mechanische Veränderungen innerhalb des Zug- und/oder Trassensysteme ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das LeIt- und Tragsystem des Fahrzeugkörpere eine einzige Syetemeinheit - das Führungssystem - darstellt und so ausgebildet und angeordnet ist, daß der Fahrzeugkörper ohne - Oder nur mit unwesentlicher Geschwindigkeitsminderung von einem ersten Zustand In einen zweiten Zustand, vorzugsweise von einem stehenden In einen hängenden Zustand und umgekehrt übergeführt wird, wobei zwischen dem oder den Führungssystemen im Zug und der Trasse In der Vertikalen immer ein durchgehender, geradliniger LuftspaltrfVorhanden ist.

Durch diese Maßnahme ist ein Verkehrssystem geschaffen, dessen Stabilität als optimal bezeichnet werden kann und nahezu unabhängig von äußeren Einflüssen ist. Weiterhin 1st es nunmehr möglich, daß der Zug ohne Geschwlndigkeltsminderung und ohne mechanische Anordnungen aus der Trasse hebbar bzw. senkbar 1st·

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Führungssystem aus zwei «al zwei Magnetsystemen besteht, die In einen bestimmten Winkel ß. gegenüber der Vertikalen angeordnet sind, und dadurch das obere Magnetsystem tragende und leitende Eigenschaften und das untere Magnetsystem

309827/0112

BAD ORIGINAL

-*- ■ 2164Ί57

leitende und zusätzlich stabilisierende Eigenschaften besitzt. Durch diese Maßnahmen wird eine Beibehältung der StAbIlItSt auch während eines Bahnwechsels unter starken lußeren Einflüssen ermöglicht.

In eine* weiteren AusfUhrungsbeispiel wird vorgeschlagen, daß der Fahrzeugkörper mit mehreren, vorzugsweise zwei aktiven Führungssystemen, beispielsweise mit je einem am oberen und am unteren Teil des Fahrzeugkörpers» versehen ist, wobei diesen aktiven FUhrungssystemen Vorzugs*· weise an den Weichenstellen entsprechende passive Führungssysteme in der Trasse zugeordnet sind.

£s 1st auch vorgesehen»' daß am Fahrzeugkörper sowohl aktive als auch passive Führungssysteme angeordnet sind und der Trasse die jeweils entsprechend entgegengesetzt gearteten Ftihrungssysteme zugeordnet werden. Durch diese Maßnahme ist es möglich, daß die relativ teueren aktiven Teilführungssysteme kostenoptimal nur örtlich begrenzt eingesetzt werden müssen.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß in Trasse und Fahrzeugkörper einander aktive Führungssysteme gegenüber stehen und zugeordnet sind, vorzugsweise an Weichensteller!. Dadurch wird erreicht, daß diese Stellen mit jeder also auch mit beliebig geringer Geschwindigkeit passiert werden können. Außerdem kann im allgemeinen Falle der Aufwand z. B. des aktiven Systems im Zuge erheblich reduziert werden.

Speziell wird weiterhin noch vorgeschlagen, daß durch die das Führungssystem bildenden zwei Magnetsysteme die magnetische Steifigkeit variabel einstellbar 1st, indem das untere Magnetsystem einstellbar das Fahrzeugkörpergewicht erhöht. Diese Maßnahmen gestatten es, daß die Schwingungsamplitude des Fahrzeugkörpers, hervorgerufen

30982 7/0112

SAD

durch die Störgrößen, einstellbar und vor allen klein gehalten werden kann.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der von der magnetischen Induktion durchsetzte Luftspalt einen Winkel β vorzugsweise β - OL m 45 ο gegenüber der Vertikalen einnimmt. Erst durch diese Maßnahme 1st es möglich, daß ein vertikal durchgehender geradliniger Luftspalt erzeugt wird und außerdem, daß man das LeIt- und Tragsystem als eine einzige Systemeinheit ausbilden kann.

Ferner ist vorgesehen, daß die Magnetsysteme des Führungssystems im Zug und/oder der Trasse aus supraleitenden Spulen bestehen, welche.vorzugsweise dachförmig mit einem Heigungswinkelßzur Spulenachse von vorzugsweise 45° ausgebildet sind und der Spulenaußendurchmesser mit zunehmendem Abstand vom Luftspalt unter dem Winkel β wächst. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Feldabfall von der Innenkante bis zur durch den Winkel β weit herausgesogenen Außenkante der Spule gering gehalten werden kann. Weiterhin wird dadurch die Feldstärke in Richtung der Spulenachse bezüglich der Überschreitung der kritischen Feldstärke in der Spule maximal gehalten. Ferner wird damit noch erreicht, daß durch die so geschaffenen Spulengeometrie der zur Verfügung stehende Raum im Zug optimal ausgenützt wird.

In einem AusfUhrungebeispiel 1st vorgesehen, daß der durchgehende, geradlinige vertikale Luftspalt nur im Bereich einer Weiche gebildet ist, wobei dann auch in der Trasse zusätzliche Magnete angeordnet sind. Durch diese Maßnahmen 1st es möglich, daß im Normalfall mit kleinem Luftspalt und damit verbundenem geringen Magnet» aufwand Im Zug« gefahren werden kann und nur im Weichenbereich, wo der vertikale Freiheitsgrad benötigt wird.

309827/0112

der Luftspalt durch zusttzllche Aktivierung in der Trass« auf die erforderliche GrOSc gebracht wird» Daraus reaultiert ein minimaler Gesamtaufwand.

Die Erfindung ist an Ausführungebeispielen beschrieben und gezeichnet* Es zeigen:

Fig· I einen Querschnitt durch das Grundprinzip in schematischer Darstellung

Fig» 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform des ^ Verkehrssystems, wobei alle Magnete im Zug sind,

™ « £_n tchematlscher Darstellung

Fig· 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei der die Magnete teils im Zug, teils in der Trasse sind

Flg. 4 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiele, bei dem die Magnete in Zug*angeordnet sind

Flg. 5 einen Querschnitt eines vierten Aueführungsbeispiels, bei dem die Magnete teils im Zug ψ und teils in der Trasse angeordnet sind

Fig·' 6 eine Seitenansicht des Verkehrssystems an einer Weichenetelle in schematiecher Darstellung

Fig. 7 eine Seitenansicht des Verkehrssystems, während der Zugkörper an der Weichenstelle aus der Trasse gehoben 1st

Flg« 8 eine Draufsicht auf die Tresse gemia Flg. 7 ohne Zugdarstellung

309827/0112 bad original

fig« 9 * eine Seitenansicht der Trassenführung des Verkehrssystens In einen Bahnhof .

Flg. 10 einen Querschnitt durch das Führungssystem bei einer Streckenfahrt ohne senkrecht durchgehenden Luftspalt

Flg. 11 einen Querschnitt durch das Führungasystera gemäß Flg. IO beim Passieren einer Welche

Fig. 12 eine Draufsicht auf die Welche gemäß Flg. 10 und 11 ohne Zugdarstellung

Die Fig. I zeigt In schematlscher Darstellung das Grundprinzip des Führ.ungssysteme , das vie folgt definiert wird: Das Gesaatführungssystem 100 setzt sich zusammen aus je einem Leit- und Tragsystem 20 und einem Xeit- und Stabilisierungssystem 21 pro Seite. Beide Systeme bestehen jeweils aus einem aktiven (Spulenteil) Teil 20a, 21a und einem passiven Teil 20b» 21b. Zwischen jeweils den entsprechenden aktiven 20a oder 21a und passiven 20b oder 21b Teilsystemen ist ein Induktionsluftspalt £, bzw. £₃ vorhanden, der von der Stärke der von den aktiven Teilen erzeugten Magnetfeldern abhängig 1st. Zwischen dem aktiven und dem passiven System befindet sich der durchgehende" vertikale geradlinige luftspalt 6 , der von der Konstruktion des Zuges und von den Feldstärken der Magnete bestimmt wird. Der Nelgungswinkel&der Führungsflache 20b zur Vertikalen 30 beträgt vorzugsweise 45°, der Winkel β 1st der Winkel zwischen der Spulenachse 22 bzw. 23 des aktiven Systems 20a bzw· 21a und der Vertikalen 30. Die Unterbrechungelinie In der Zeichnung in passiven System 2Ob₁ 21b deutet an, daQ dieses System nicht aus einer Einheit bestehen muß.

30982 7/0112

-S-

Der Mindestabstand a, der etch au« den Abstanden der Schnittpunkte der Führungsflachen 2Ob-, 21b mit der Vertikalen 30 ergibt* hängt von den Feldstärken der Spulen und der Eindringtiefe im passiven System ab. Die Trag- und Leiteigenschaften des vorbeschriebenen Systems kommen dadurch zustande, daß durch das Magnetfeld des aktiven Teils 20a, 2ta in Richtung der Spulenachse 22 bzw. 23 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit im passiven Teil 20b, 21b ein Gegenfeld induziert wird, dessen Kraftlinien mit denen des aktiven Teils dergestalt zusammenwirken, daß eine abstoßende Kraft entsteht. Diese abstoßende Kraft wird z. B. über den Winkel <* - /3 « 45° nach dem KrHfte-,parallelograms) in eine gleichgroße Trag- und Leitkomponente bzw. Leit- und Stabilisierungskomponente zerlegt. Der Antrieb des Verkehrssysteins kann beispielsweise in bekannter Heise ein Linearmotor sein.

Die Flg. 2 mit 5 sind AusfUhrungsbeispiele für die Anordnung der aktiven - entsprechend 20a und 21a in Flg.l und passiven - entsprechend 20b und 21b in Fig. 1 - Teile des Führungssystems 100 am Fahrzeug 40 und an der Trasse Xm einzelnen zeigt die Fig. 2 eine Anordnung der Führungssyeteme 100 an den Seitenwänden des Fahrzeugs 40, bei der alle aktiven Teile ausschließlich am Fahrzeug 40 und alle passiven Teile in der Trasse 41 sind.

Xn Fig. 3 ist beim oberen GesamtfUhrungssystem 100a der aktive Teil nunmehr in der Trasse 41 und der passive Teil am Fahrzeug 40. Genau entgegengesetzt ist die Anordnung aa unteren Führungssystem 100b. Generell gilt für alle Aueführungsbeispiele die Verwendung von zwei Gesamtführungssystesten 100, wodurch das Verlassen der und Wiedereinfahren in die Trasse möglich wird, was durch Aktivleren des tfeichensystems (oben oder unten) und Desaktlvieren

309827/0112

BAD ORIGINAL

dei entsprechenden Trassensyeteme 41 geschieht. Je nach der gewählten Aueführungeform de· gesamten Verkehrssystems erfolgt dadurch der übergang von einen stehenden In einen hängenden Zustand und umgekehrt. Hierbei wird unter "stehend" ein Zustand verstanden, bei dem der Schwerpunkt des Fahrzeugs 40 über dem Aufhängepunkt liegt, beim "hängenden" Zustand liegt der Schwerpunkt unter des Aufhängepunkt. Es versteht sich von selbst, daß nur in örtlich begrenzten Streckenabschnitten - beispielsweise in Weichenbereichen - von der Doppelanordnung zweier vollständiger Gesamtführungssysteme 100 Gebrauch gemacht wird. D. h, daß für eine normale Streckenfahrt nur ein Gesamtführungssystem 100 benötigt wird, was wiederum erlaubt, daß über die größte Streckenlänge nur eine Trassenführung vorhanden sein muß.

In der Fig. 4 ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das eine andere Konstruktion des Fahrzeugkörpers ermöglicht. Diese Anordnung hat den speziellen Vorteil, eine äußerst raumsparende Trassenkonstruktion BU'ermöglichen. Das gleiche gilt auch für die AusfUhrungsform nach Fig. 5, wenn auch nicht im selben Ausmaß. Beide Trassenkonstruktionen 41 nach Flg. 4 und 5 eignen sich besonders für eine Zweispuranordnung entsprechend eines Doppelgleissystems der herkömmlichen Eisenbahnausführungen.

■i

Die Flg. 5 zeigt noch ein AusfUhrungsbeispiel, bei dem die GesamtfUhrungssysteme 100 oben und unten am Fahrzeugkörper 40 konzentriert angeordnet sind. Diese Ausführung erweitert einmal die Verwendbarkelt des Verkehrssystems dadurch, daß es möglich ist, den Fahrzeugkörper 40 von den Gasamtführungs- und Antriebssystemen zu trennen und beispielsweise einen Container- oder sog. Huckepackverkehr durchzuführen, andererseits ermöglicht diese Ausführung eine nicht unbedeutende Konstruktionsvereinfachung bezüglich der Fahrxeugkörpergestaltung und der Aufnahme der beträchtlichen Kräfte.

309827/01 12

Dl« Fig« 6 ait 9 zeigen in schematischer Darstellung da« erflndungsgemlße Verkehresystem a* Ort einer Weiche bzw. die Örtlich begrenzte Ausführung der hler benötigten -2 GesamtfUhrtmgseyeteme 100. In Flg« 6 wird der Einfahrtsteil einer Weiche gezeigt, die das Fahrzeug 40 nach oben dadurch wegführt, daß das Gesamtführungssystem 100a aktiviert und das GesamtfUhrungesystem 100b desaktivlert wird.

Die Fig. 7 zeigt die Phase, in der das Fahrzeug 40 sich voll in der Weiche befindet und die vorherige Trasse 41b verlassen hat.

Die Fig. 8 zeigt eine Draufsicht der Weichenanordnung gemäß den Fig. 6 und 7 in schematischer Darstellung, wobei auf die konstruktive Ausführung der Trasse allgemein nicht eingegangen worden ist.

Die Flg. 9 zeigt das AusfUhrungsbeispiel eines Bahnhofs, in dem der Fahrzeugkörper 40 nach unten weggeführt wird« Beim überfahren des Bahnhofs wird im gezeigten Beispiel der Zug 40 oben geführt, während der Antrieb weiterhin in der unteren Trasse 41b verbleiben kann·

Die Flg. JO mit (2 zeigen den Sonderfall, daß bei normaler Streckenfahrt mit einem verminderten Gesamtluftspalt £ (unter Verzicht auf den durchgehend geradlinigen Luftspalt <S ) gefahren wird (Fig. 10). Im Bereich einer Weiche (Fig. U) wird durch die Anordnung von zusätzlichen aktiven Teilen des FUhrungssystems an der Trasse 111 der für das Verlassen der Trasse erforderliche durchgehende geradlinige vertikale Luftspalt /erreicht. Die Fig. 12 zeigt diese Anordnung in der Draufsicht, wobei die kleinen Abstand die Streckentrasse HO entspricht, dem weiten Abstand die Welche Ul.

309827/0112

Claims

Walter Mehnert 8012 Ottobrunn, 20. 12. 1971 Dipl.-Ing. Grillparzerstr. 6 Patentansprüche

1. Verkehrssystem, das auf der Basis eines Magnetkissens beruht» vorzugsweise auf dem eines abstoßenden Systems, dadurch gekennzeichnet , daß das LeIt-* und Tragsystem des Fahrzeugkörpers eine einzige Systemeinheit - das Führungssystem - darstellt und so ausgebildet und angeordnet 1st, daß der Fahrzeugkörper ohne - oder nur mit unwesentlicher - Geschwind!gkeitstainderung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand, vorzugsweise von einem stehenden in einen hängenden Zustand und umgekehrt übergeführt wird, wobei zwischen dem oder den Führungssystemen im Zug und der Trasse in der Vertikalen immer ein durchgehender, geradliniger Luftspalt <f vorhanden 1st.

2» Verkehrssysten'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das FUhrungssystem aus zwei mal zwei Magnetsystemen besteht, dl· in einem bestimmten Winkel β gegenüber der Vertikalen gegensinnig angeordnet sind und dadurch das obere Magnetsystem tragende und leitende Eigenschaften und das untere Magnetsystem leitende und zusätzlich stabilisierende Eigenschaften besitzt.

3. Verkehrssystea nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Fahrzeugkörper mit Mehreren, vorzugsweise zwei aktiven Führungssystaen, beispielsweise mit je einem an oberen und an unteren Teil des FahrzeugkSrpers, versehen 1st, wobei

309827/0112 .

diesen aktiven Führungssystemen vorzugsweise an den Weichenstellen entsprechende passive FOhrungesysteme in der Trasse zugeordnet sind.

4. Verkehrssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Fahrzeugkörper sowohl aktive als auch passive Führungssysteme angeordnet sind und der Trasse die jeweils entsprechend entgegengesetzt gearteten Führungssysteme zugeordnet sind.

5· Verkehrssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in Trasse und Fahrzeugkörper einander aktive FUhrungssysteme gegenüberstehen und züge.-" ordnet sind, vorzugsweise an Weichenstellen.

6* Verkehrssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß durch die das FUhrungssystem bildenden zwei Magnetsystem die magnetische Steifigkeit variabel einstellbar ist, indem das untere Magnetsystem einstellbar das Fahrzeugkörpergewicht erhöht.

7« Verkehrssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der von der magnetischen Induktion durchsetzte Luftspalt einen Winkel β - vorzugsweise /3 - <X - 45° gegenüber der Vertikalen einnimmt.

8· Verkehrasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß di« Magnetsysteme des Führungssystems im Zug und/oder

309827/0112

der Trasse aus supraleitenden Spulen bestehen» welche vorzugsweise dachförmig mit einem Neigungswinkel β zur Spulenachse von vorzugsweise fi «o(« 450 ausgebildet sind und der Spulenaußendurchmesser mit zunehmendem Abstand vom Luftspalt unter dem Winkel β wächst.

9« Verkehrssystem, das auf der Basis eines Magnetkissens beruht» vorzugsweise auf dem eines abstoßenden Systems» dadurch gekennzeichnet , daß um die Feldstärken des abstoßenden Systeme im Zug klein zu halten, der durchgehende, geradlinige vertikale Luftspalt nur im Bereich einer Weiche gebildet wird, wobei dann auch in der Trasse zusätzliche Magnete angeordnet sind.

iO. Verkehrssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die im oder am Fahrzeugkörper (40) angeordneten Führungsund Antriebssysteme eine konstruktive Einheit (101) bilden, die vom Fahrzeugkörper (40) betriebsmäßig trennbar ist»

II· Verkehrssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen ( 20 b, 21 b ) gegenüber der Vertikalen (30) einen Winkel C6, vorzugsweise von 45° besitzen.

309827/0112