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Magnetische Schwebeführung für eine trassengebundene Dransportvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Schwebeführung für eine trassengebundene
Transportvorrichtung.
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Eine magnetische Schwe-beführung ist beispielsweise aus der Sagertechnik
für Zähler bekanht. Im Bahnbetrieb kommt der magnetischen Schwebeführung in jüngster
Zeit dadurch größere Bedeutung zu, daß sich bei dem Bemühen, die Geschwindigkeit
der Transportmittel wesentlich zu erhöhen, oberhalb 350 bis 400 km/h Probleme aufzeigen,
die mit der herkömmlichen Paarung Rad-Schiene nicht mehr zu lösen sind.
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Man hat daher schon versucht, die Transportmittel entlang einerUrasse
durch Schwebehalterung zu führen. Neben einer Buftkissen-Schwebehalterung sind vor
allem auch magnetische Schwebeführungen bekannt geworden. Eine erste Lösung benutzt
dazu Dauermagnete. In den üblichen permanentmagnetischen Körpern entstehen jedoch
durch die Relativbewegung zwischen den auf dem Fahrzeug befindlichen und auf der
Fahrbahn angeordneten Schwebemagneten große Verluste aufgrund von Wirbelströmen.
Diese- Verluste können dadurch herabgesetzt werden, daß als Permanentmagnete Ferritkörper
verwendet werden. Hierdurch wird jedoch die Schwebekraft etwa um den Faktor 20 reduziert,
da die Sättigungsinduktion etwa 4 bis 5 mal kleiner ist im Vergleich zu der von
sog. Hartmagneten. Es wäre däher erforderlich, große Flächen der Fahrbahn mit Ferritmagneten
zu belegen, um die erforderliche Schwebekraft zu erreichen.
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Die bei einer anderen Lösung bekanntgewordene Verwendung von Elektromagneten
auf dem Fahrzeug läßt nur geringe Luftspalte zwischen der ferromagnetischen Fahrbahnschiene
und dem Erregersystemsdes Transportmittels zu. Dieser geringe Luftspalt kann bei
den während der Fahrt auftretenden Stoßbelastungen und sonstigen Bewegungen nur
durch eine aufwendige Regeleinrichtung eingehalten werden. Bekannte Systeme mit
einer Reaktionsschiene auf der Trasse neigen zu instabilem Verhalten.
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Bei dem ferner bekanntgewordenen elektrodynamischen System zur Schwebeführung
sind am Transportmittel stromdurchflossene Spulen angeordnet, die mit geschlossenen
Leiterschleifen auf der Trasse zusammenwirken. Dieses System hat den Nachteil, daß
eine Schwebung nur erreichbar ist, wenn das Transportmittel eine Mindestgeschwindigkeit
überschritten hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine trassengebundene Transportvorrichtung
bei Erzielung einer großen Schwebehöhe (Abstand zwischen Erregersystem des Transportmittels
und dem System der Fahrbahn) eine Schwebehalterung und Schwebespurführung mit möglichst
einfachen Mitteln sowohl im Stillstand als auch bei Bewegung des Fahrzeuges zu erreichen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch,
daß beiderseits des Transportmittels entlang der Trasse an dieser U-förmige an eine
Versorgungsspannung anschließbare erste Stromleiter (Stromschienenstücke) und an
tiem Transportmittel gleichfal]sU-förmige in die ersten Stromleiter (Stromschienenstücke)
der Trasse ragende zweite Stromleiter angeordnet sind derart, daß der Stromfluß
der ersten Stromleiter (Stromschienenstücke) der Trasse senkrecht zur Bewegungsrichtung
und entgegengesetzt zum Stromfluß durch die U-förmigen zweiten Stromleiter an dem
Transportmittel gerichtet ist im Sinne einer Schwebehalterung und Spurführung des
Transportmittels auf der Trasse.
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Eine derartige Anordnung erlaubt auf einfache Weise eine berührungslose
Distanzhalterung des Transportmittels bei großer Schwebehöhe sowohl bei Bewegung
als auch im Stillstand des Transportmittels, ohne daß beispielsweise zusätzliche
mechanische Mittel, wie Distanzrollen, notwendig sind, auf denen das Transportmittel
an Haltepunkten auf der Trasse ruhen kann, wobei gleichzeitig eine sichere Führung
und Halterung des Transportmittels mit ein und demselben Leitersystem erzielt wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Schenkel der
U-förmigen Stromleiter in einem Öffnungswinkel von ca. 30 bis 1800 (beide Schenkel
jeweils im Abstand parallel verlaufend, insbesondere in einem Öffnungswinkel von
ca. 1000 zueinander angeordnet.
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Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen magnetischen Schwebeführung
kann dadurch weiter erhöht werden, daß die entlang der Trasse vorgesehenen Stromleiter
nur jeweils abschnittsweise im Bereich des Transportmittels an eine Versorgungsspannung
-angeschlossen sind, was in vorteilhafter Weise dadurch geschehen kann, daß auf
dem Fahrzeug zumindest eine Sendeeinrichtung und an der Trasse dieser zugeordnete
Empfangseinrichtungen vorgesehen sind, von denen Steuerverbindunen zu Schalteinrichtungen
für die jeweilige abschnittsweise Ein- und Ausschaltung der Trassenstromleiter an
die Versorgungsspannurg verlaufen. Die Stromleiter bzw. jeweiligen Stromschienenstücke
der Trasse sind dabei zweckmäßigerweise derart an die Versorgungsspannung angeschlossen,
daß das Spannungspotential entlang eines Stromschienenstückes weitgehend konstant
ist.
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Darüber hinaus ist es-möglich, je einen Anschlußpunkt zwischen
der
Versorgungsspannung und einem unteren Schenkel der U-förmigen Stromleiter in der
Trasse dadurch einzusparen, daß die U-förmigen Stromleiter über quer zur Bewegungsrichtung
in der Trasse liegende Verbindungsleiter mit den U-förmigen Stromleitern der anderen
Seite der Trasse verbunden sind., Wird in vorteilhafter Weise auf dem Transportmittel
zusätzlich eine Magnetisierungseinrichtung, insbesondere unter Verwendung eines
Supraleiters vorgesehen derart, daß dessen magnetisches Feld senkrecht zu den stromdurchflossenen
Verbindungsleitern 18 der Trasse mit diesen in Einwirkung gebracht ist, so wird
auf einfache Weise unter Mitverwendung von der Schwebehalterung dienenden Mitteln
auch eine Vortriebsmöglichkeit geschaffen.
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Eine einfache Regelmöglichkeit zur sicheren Distanzhalterung zwischen
Trasse und Transportmittel, z.B. bei wechselnder oder verschieden verteilter Belastung,
ist dadurch möglich, daß dessen Stromleiter als an jeder Fahrzeuglängsseite angeordnete
mehrere Stromschienenstücke je Fahrzeug ausgebildet sind, die je für sich an eine
steuerbare Versorgungsspannung anschleßbar sind. Die Stromleiter an dem Transportmittel
sind nach einer weiteren Ausgestaltung supraleitend. In einfacher Weise kann für
die-steuerbare Spannungsversorgung der Stromleiter auf dem Transportmittel ein zur
Nachladung der Supraleiter auf Transportmittel vorgesehene Hilfsspannungsquelle
mitbenutzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand der
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Gesamtanlage
(Fig. 1) sowie einer besonderen Anordnung der Stromschienenstücke in der Trasse
(Fig. 2) näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Transportvorrichtung für ein Fahrzeug 1, das auf
einer- Trasse in Schwebehalterung geführt wird. Dazu
sind beiderseits
des Fahrzeuges 1 entlang der Trasse an dieser U-förmige Stromschienenstücke 2, 3
und an dem Fahrzeug 1 gleichfalls U-förmige, jeweils in die Stromschienenstücke
2, 3 der Trasse hineinragende Stromleiter 4, 5 angeordnet; dabei ragt der Stromleiter
4 der einen Fahrzeug seite in das Stromschienenstück 2 der einen Trassenseite und
der Sts mleiter 5 in das Stromschienenstück 3 der anderen Trassenseite.
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Die Versorgungsspannung liegt zwischen den Leitungen 6, 7, von denen
die Leitung 6 entlang der einen und die Leitung 7 entlang der anderen Trassenseite
installiert ist. Die Stromschienenstücke 2, 3 sind über Anschlußstellen (Schalter
8, 9, 10 ...) mit der Leitung 7 und über weitere Anechlußstellen 11, 12 abschnittsweise
an die Leitung 6 der Versorgungsspannung anschließbar. Dazu sind- u.a. etwa in der
Mitte - in Fahrtrichtung gesehen - zwischen zwei Einspeisestellen jeweils Isolierstücke
20 bis 22 derart vorgesehen, daß gegeneinander isolierte Stromschienenstücke entstehen.
Die Schalter,8 bis 10 stehen über Steuerleitungen in Wirkverbindung mit auf der
Trasse angebrachten Empfangseinrichtungen 15, 16, die selbst wieder einer am Fahrzeug
angebrachten Sendeeinrichtung 17 zugeordnet sind.
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Die an der einen Seite der Trasse angeordneten U-förmigen Stromschienenstücke
2 sind'über quer zur Bewegungsrichtung in der Trasse liegende Verbindungsleiter
18 mit den U-förmigen Stromschienenstücken 3 der anderen Seite der Trasse verbunden
derart, daß jeweils ein Strompfad von einer Anschlußstelle 8, 9, 10 .... der Versorgungsspannung
den-oberen Schenkel des U-förmigen Stromschienenstückes 2, dessen unteren Schenkel,
Verbindungsleiter 18, den unteren Schenkel des U-förmigen Stromschienenstückes 3
zur zweiten Anschlußstelle 11, 12 .... der Versorgungsspannung gebildet ist. Im
betrachteten
Fall entsteht somit ein Stromfluß i1 mit der in der
Zeichnung eingetragenen Stromrichtung, dem der zugehörige in den Stromleitern des
Pahrzeuges - die supraleitend sind -fließende Strom i2 entgegengesetzt gerichtet
ist.
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Gleich den in Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden gegeneinander isolierten
Stromsohienenstücken auf der Trasse sind auch die Stromleiter seitlich des Fahrzeuges
1 durch Isolierstücke (14, 15) in hintereinander angeordnete unterschiedliche Stromschienenstücke
unterteilt. Auf eine gegenseitig angepaßte Unterteilung der Stromschienenstücke
auf der Trasse und am Fahrzeug im Sinne einer sicheren Schwebehalterung ist dabei
zu achten.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Fahrzeug
1 ein in der Zeichnung angedeutetes magnetisches Feld, insbesondere das eines Supraleiters
19 vorgesehen derart, daß dieses Feld senkrecht zu den stromdurchflossenen Leitern
der Trasse gerichtet und mit diesen im Sinne einer Fortbewegung in Richtung der
Trasse in:Einwirkung gebracht ist.
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Bei einem-durch dentPfeil in der Zeichnung gekennzeichneten Fahrtrichtung
v des Fahrzeuges 1 wird bei Passieren der Senderichtung 17 über die zugeordnete
Empfangseinrichtung 16 ein Einschaltbefehl an den Schalter 8 und ein Ausschaltbefehl
an den Schalter 10 gegeben. Der Schalter 9 ist eingeschaltet worden, als die Sendeeinrichtung
17 die vorhergehende Empfangseinrichtung passierte und wird ausgeschaltet werden,
wenn die Sendeeinrichtung 17 die Empfangseinrichtung 15 passiert. Somit ist auf
einfache Weiseierreicht, daß jeweils nur der Streckenabschnitt im Bereich eines
Fahrzeuges gespeist ist.
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Um mit einem möglichst -geringen Aufwand für die Trasseneinrichtungen
auskommen zu können, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromschienenstücke der Trasse - in Fahrtrichtung gesehen - abwechselnd
nur jeweils auf der einen oder anderen Seite der Trasse angeordnet und jeweils aufeinanderfolgende
-Stromschienenstücke durch Verbindungsleiter in der Trasse miteinander verbunden
sind.
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Die quer in der Trasse verlaufenden parallelen Verbindungsleiter liegen
dabei schräg zur Fahrtrichtung, -so daß durch das Zusammenwirken der Magnetisierungseinrichtung
(Magnetfeld 19) auf dem Fahrzeug 1 und den stromdurchflossenen Verbindungsleitern
neben der Vorschubkraft in-Fahrtrichtung auch zu dieser senkrecht-auf die eine oder
andere Trassenseite gerichtete Kräfte entstehen. Diese Kärfte kompensieren sich
weitgehend innerhalb eines Fahrzeugs, wenn in dessen' Bereich in vorteilhafter Weise
gemäß Fig. 2 von jeweils vier - in Fahrtrichtung gesehen - aufeinanderfolgenden
Stromschienenstücken (23, 24, 25, 26) der Trasse, jeweils das erste (23) und vierte
(26) Stromschienenstück auf der einen Seite der Trasse und das zweite (24) und dritte
(25) auf der anderen Seite der Trasse angeordnet snd jeweils das erste (23) mit
dem zweiten (24) durch sowie das dritte (25) mit dem vierten (26) Stromschienenstück
durch Verbindungsleiter (27) in der Trasse verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Stromleiter in der Trasse
und dem Fahrzeug und deren Stromspeisung wird eine sichere Schwebehalterung und
Schwebeführung bei Bewegung und im Stillstand des Fahrzeuges erzielt. In vorteilhafter
Weise können Teile des Schwebesystems für einen Antrieb mitbenutzt werden, indem
das auf dem Fahrzeug vorgesehen magnetische Feld einer auf dem Fahrzeug befindlichen
Magnetisierungseinrichtung insbesondere in Zusammenwirkung mit
den
stromdurchflossenen Verbindungsleitern 18 einen Vorschub auf das Fahrzeug 1 in der
angenommenen Fahrtrichtung erzeugt.
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15 Patentansprüche 2 Figuren