DE2212457A1 - Permanentmagnetisches und/oder elektrodynamisches schwebesystem fuer fahrweggefuehrte fahrzeuge - Google Patents

Description

• Permanentmagnetisches und/oder elektrodynamisches Schwebesystem für fahrweggeführte Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf ein permanentmagnetisches und/oder elektrodynamisches Schwebesystem für fahrweg geführte Fahrzeuge mit Mitteln zur Dämpfung von Fahrzeugschwingungen.
• Derartige Schwebesysteme sind bekannt (A. Lichtenberg, Siemens-Zeitschrift 45/1971, Beiheft Bahntechnik, s.181-184).
• Bei solchen Schwebesystemen ist es möglich, daß das Fahrzeug nach Auslenkung aus der Soll-Lage (mittlerer Schwebeabstand) nahezu ungedämpfte Schwingungen ausführt. Die naheliegende Anordnung von Kurzschlußwicklungen rm die Fahrzeugmagnete bzw. Stromschleifen ergibt nur einen unwesentlichen Dämpfungseffekt, wie sich theoretisch und experimentell zeigen läßt.
• Zwecks Abhilfe ist bereits vorgeschlagen, ein mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch arkeitendes Zwischenfedersystem mit bekannten Dämpfungsgliedern zwischen dem magnetischen Tragsystem und der Fahrzeugzelle anzuordnen.
• Derartige Zwischenfederungen sind wenig vorteilhaft hinsichtlich des Platzbedarfs im Fahrzeug und des zusätzlichen Gelchts, Der technische Aufwand wird dabei besonders hoch, wenn außer vertikalen auch horizontale Schwingungen zu beherrschen sind, ferner wenn aktive Federglieder mit Dämpfung eingesetzt werden.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die benötigte Dämpfung mit kleinstmöglichen Bedarf an zusätzlichem Raum und Gewicht im Fahrzeug ohne mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Komponenten, die ihrerseits Schwingungen ausführen, zu erzielen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß um Fahrzeug-Pcrmanentmagnete oder - Stroms chlei fen Wicklungen angeordnet sind, durch die-von der Schwingungsbewegung abhängige Ströme geleitet sind. Zweckdienliche Weit erbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Permanentmagnet am Fahrzeug und eine gegenüberstehende Permanentmagnet-Schiene, Fig, 2 ein Diagramm des Verlaufs der für die Dämpfung maßgebenden Einflußgrößen, berechnet für ein Zahlenbeispiel, Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines permanentmagnetischen Schwebesystems großer Tragkraft, Fig, i eine Ausführungsform eines Schwebe systems mit Wicklungen zur Dämpfung von Drehschwingungen, In Fig, 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein Fahrzeug-Permanentmagnet 1 und eine Permanentmagnot-Schiene 2 dargestellt. Anstelle des Nagneten t ist bei einem elektrodynamischen System eine Tragsystem-Stromschleife (supraleitend) und anstelle der Permanentmagnet-Schiene 2 ein Schienenleiter vorgesehen, Erfindungsgemäß ist der Magnet t bzw. die Tragsystem Stromschleife von einer Wicklung 3 mit der Induktivität L umgeben, an die eine Hilfs-Energiequelle 5 geschaltet ist, die eine von der Schwingbewegung des Fahrzeuges abhängige zeitveränderliche Spannung u und einen Dämpfungsatrom i liefert. Mit 4 ist der Widerstand R der Wicklung 3 und gegebenenfalls einem äußeren Zusatzwiderstand bezeichnet, Der raittlere Schwebeabstand (Soll-Lage) ist mit zO bezeichnet.
• Eine physikalisch-mathematische Analyse liefert den Zusammenhang zwischen der Spannung und der Hilfsenergiequelle 5 und dem Schwingungsweg z bzw. dessen Ableitungen nach der Zeit in Porm der Differentialgleichung (für æ wesentlich kleiner als zo) mit kl = Konstante, die u. a, Zahlenfaktoren des vervendeten Nai3systems enthält; #o = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung in der Umgebung der Soll-Lage zo (Wicklung offen, R##); #o = Kreisfrequenz der gedämpften Schwingung für u = O (kurzgeschlossene Wicklung).
• Wird beispielsweise mit Hilfe eines bekannten, nicht weiter dargestellten Schwingungsaufnehmers, der am schwingenden Teil des Fahrzeugs angeordnet ist und der über einen ebenfalls nicht weiter dargestellten Verstärker die Energiequelle 5 steuert, eine Spannung k 2 -k22 k@ z (k2 " Konstante) (2) dem aus dem Widerstand 4 und der Wicklung 3 bestehenden Dämpfungsstromkreis zugeführt, so gilt mit Gl.(1): Der Schwingungsverlauf des Fahrzeugs liißt sich dann prinzipiell in der Form schreiben: z = A1e-ßt + A2e-#t # sin (#ot - #) (4) Dabei bedeuten: A1, A2 Integrationskonstanten bei Lösung der Gl.(3) ß Dämpfungsmaß des Gleichstromgliedes, 6 Dämpfungsmaß der periodisch abnehmenden Schwingung -Aus Fig. 2 geht hervor, auf welche Weise die auf #o normierten Dämpfungsparameter mit den Kennwerten des Dämpfungsstromkreises, ausgedrückt durch R/#oL, koordiniert werden können. Zur Abkürzung steht n = (#o2 + k2)/@o2. Für den Grenzfall u = O, d. h. eine in sich kurzgeschlossene Wicklung 3 ohne Hilfsenergiequele 5, ergibt sich ein für die Praxis viel zu niedriges Dämpfungsmaß (Kurve mit n = 1,23 für k = O). Hingegen läßt sich mit der erfindungsgemäßen aktiven Dämpfung erreichen, daß die Schwingung bereits nach einer Periode zur Ruhe kommt (z. B. #/#o # 1,25 für R,40L = 3,7 bei ß/#o = 1 in der Kurve für n = 6), @ @ Die Erfindung kann prinzipiell durch zwei Möglichkeiten realisiert werden: a) R und L werden so dimensioniert, daß eine optimale Dämpofung nach Gl.(3) und Gl.(4) resultiert. Dies ist mit einer vergleichsweise niedrigen, eingeprägten Hilfsspannung u proportional zu * zu erzielen. Hierfür gilt das Diagrammbeispiel in Fig. 2, wobei die Dämpfung mit mäßigen elektrischen Verlusten im Widerstand 4 zu erzielen ist.
• b) Wicklung 3 und Widerstand 4 werden so bemessen, daß R>>L#o ist, d. h. daß mit eingeprägtem Strom gearbeitet wird. Dies erfordert eine relativ hohe Spannung der Ililfsenergiequelle 5 und bedingt relativ große Verluste in n. Gleichung (3) reduziert sich auf eine Differentialgleichung 2. Ordnung.
• Beim permanent'magnetischen Schwebesystem großer Tragkraft nach Fig. 3 sind eine Mehrzahl von Fahrzeug-Permanentmagneten 1 in Form von Leisten mit günstigom Verhältnis Breite/Höhe vorgesehen, deren Magnetisierungsrichtung auch alternieren kann. Korrespondierend zu den Trag leisten 1 sind Schienen-Magnetleisten 2 angeordnet. Die Tragmagnete 1 sind von zusammengeschalteten Dämpfungswicklungen 3 umgeben. Die Wicklungen im Fahrzeug-Tragsystem können auch zur Einstellung des mittleren Schwebeabstandes z mit herangezogen werden. Die hierfür infrage 0 kommende Regelungsgeschwindigkeit des Stromes muß wesentlich niedriger sein als die zur Schwingungsdämpfung benötigte.
• Die Erfindung ermöglicht auch die Dämpfung von Drehschwingungen, die das Fahrzeug um seine Längs- und Qtierachse ausführt, Hierzu sind, wie aus Fig, 4 ersichtlich, die Wicklungen z, 13. paarweise am Bug und Heck des Fahrzeugs bzw. rechts und links so aufgeteilt und uber entsprechende, nicht dargestellte Schwingungsfühler mit Hilfsenergie beaufschlagt, daß Dämpfungs-Drehmomente resultieren.
• Das bisher Gesagte läßt sich bei elektrodynamischen Trag und Führungssystemen sinngemäß auch auf die Seitenführung und die Dämpfung dabei auftretender Schwingungen übertragen.
• Patentansprüche

Claims (1)

1. Patent ansprüche 1. Permanentmagnetisches und/oder elektrodynamisches Schwebesystem für fahrweggeführte Fahrzeuge mit Mitteln zur Dämpfung von Fahrzeug-Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen (3) um die Fahrzeug-Permanentmagnete (1) oder -Stromschleifen angeordnet sind, durch die von der Schwingungsbewegung abhängige Ströme geleitet sind, 2. Schwebesystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrodynamischen Tragsystemen den Arbeitsströmen der Fahrzeug-Stromschleifen die zeitveränderlichen Dämpfungsströme überlagert sind.

   (Patentansprüche) 3. Schwebesystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswicklungen (3) oder die Fahrzeug-Stromschleifen mit Strömen zur Einstellung der mittleren Schwebehöhe (zo) beaufschlagt sind, @ 4. Schwebesystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei permanentmagnetischen Tragsystemen mit mehreren Magnetleisten (1) die Dämpfungswicklungen (3) ganz oder teilweise inden Leisten-Zwischenräumen liegen (Fig. 3).

   5. Schwebesystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswicklungen (3) derart am Fahrzeug verteilt und mit derartigen Strömen beaufschlagt werden, daß eine Dämpfung von Drehschwingungen resultiert.

   L e e r s e i t e