DE2258774C3 - Führungs- und Ankerschiene für Fahrzeuge mit Linearmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Führungs- und Ankerschiene für Fahrzeuge mit Linearmotor, bei der einzelne Schienenstücke einen Schienenfuß und einen darauf senkrecht stehenden Steg aufweisen und miteinander durch Laschen verbunden sind.

Fahrzeuge mit Linearmotor werden im allgemeinen nicht von Rädern, sondern mit Hilfe von Gasüberdruck in der Schwebe gehalten. Dieser Gasüberdruck wird in Gaskissen, insbesondere Luftkissen erzeugt, die auf wenigstens einer Seite von der Oberfläche einer Schienentrasse und auf der anderen Seite von fahrzeugfesten Teilen begrenzt sind. Die seitliche Führung des Fahrzeugs erfolgt ebenfalls mittels Gaskissen, die zwischen der Schienentrasse und dem Fahrzeug durch Gasüberdruck gebildet werden. Als Anker für den fahrzeugfesten Linearmotor dient eine metallische Antriebsschiene. Solche Fahrzeuge, die nicht von Rädern, sondern durch Gaskissen gefühlt sind, werden auch Bodeneffekt-Fahrzeuge genannt.

Eine Schiene, die gleichzeitig zur seitlichen Führung und zum Antrieb eines linearmotorgetriebenen Bodeneffektfahrzeugs dienen soll, muß sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen.

Zunächst muß ihre mechanische Festigkeit so hoch sein, daß sie die vom Fahrzeug unter Einwirkung von Zentrifugalkraft oder Seitenwind ausgeübten Kräfte aufnehmen kann. Dabei muß sie aber möglichst wirtschaftlich, d. h. materialsparend herstellbar sein. Wegen der hohen Geschwindigkeiten, die Fahrzeuge mit Linearmotorantrieb erreichen können, muß die Schiene in ihren Abmessungen besonders genau sein. Dies ist vor allem in dem Bereich nötig, in dem sie als Anker dient, weil dort zwischen der Schiene und den Magneten des Antriebsmotors ein möglichst kleiner und wohldefinierter Luftspalt bestehen muß, um einen hohen Wirkungsgrad des Linearmotors zu erreichen. Die Schiene muß weiterhin in denjenigen Bereichen gekühlt werden können, in denen hohe elektrische Ströme auftreten. Das sind vorzugsweise die Beschleunigungsstrecken an Haltestellen und Steigungsstrecken. In soichen Bereichen erwärmen sich nicht gekühlte Schienen ganz erheblich, was zu Schwierigkeiten im Betrieb führen kann.

Keine der bisher bekannten Schienen wird allen diesen Anforderungen in befriedigender Weise gerecht.

Aus der GB-PS 1 247878 ist eine insgesamt zweiteilig ausgebildete Schiene bekannt, die einen als Hohlprofil ausgebildeten, beispielsweise aus Beton bestehenden Unterbau und eine darauf befestigte Metallschiene in Gestalt eines auf dem Kopfe stehenden T aufweist. Diese Metallschiene dient im Gegensatz zu der Schiene der eingangs beschriebenen Gattung nur als Anker für den im Fahrzeug befindlichen Linearmotor. Ihre einzelnen Schienenelemente sind durch geeignete Ausbildung ihrer Enden ineinandergesteckt oder durch Laschen, die in Aussparungen eingreifen, miteinander verbunden. Der Unterbau der Schiene dient zur seitlichen Führung und zur Abstützung des Bodeneffekt-Fahrzeugs. Die zweiteilige Ausbildung der Schiene in Form der Metall-oder Ankerschiene und des Unterbaus ist aufwendig und macht die Schiene teuer.

In der US-PS 3 612 395 ist eine der Schiene gemäß der GB-PS 1 247 878 ganz ähnliche Schiene beschrieben, bei der zusätzlich die Metallschiene elastisch auf dem Unterbau befestigt ist, damit sie sich an die Magnete des Linearmotors besser anpaßt.

Aus der FR-PS 1 573 228 ist eine Schiene für linearmotorgctriebene Bodeneffekt-Fahrzeuge bekannt, die zwei senkrechte Stege aufweist, die zur Seitenführung und als Anker des Fahrzeugs dienen.

Schließlich sei noch auf die bereits im Jahr 1959 veröffentlichte FR-PS 1 200967 hingewiesen, aus der eine Schiene mit einem Schienenfuß und einem hohl ausgebildeten Steg bekannt ist, die sowohl als Bahn für Fahrzeuge als auch zum Transport von Flüssigkeiten, beispielsweise als Pipeline, dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungs- und Ankerschiene für Fahrzeuge mit Linearmotor zu schaffen, die sowohl wirtschaftlich als auch für die hohen Geschwindigkeiten von Bodeneffekt-Fahrzeugen ausreichend stabil herstellbar ist und in Bereichen gekühlt werden kann, in denen hohe elektrische Ströme auftreten.

Diese Aufgabe wird mit einer Führungs- und Ankerschiene der eingangs beschriebenen Gattung crfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steg oben in einem als Hohlprofil ausgebildeten Schienenkopf mit gegenüber dem Steg vergrößerter Breite endet und die Scitenwände des Stegs in seinem als Anker für

den Linearmotor dienenden, ebenfalls als Hohlprofil ausgebildeten Bereich unterhalb des Schienenkopfes mit der Senkrechten auf dem Schienenfuß einen Winkel von 2 bis 5° einschließen und daß an den Schienenstößen elastische Dichtglieder vorgesehen sind, die in einzelne der zellenförmige Hohlräume des Stegs eingreifende Vorsprünge aufweisen und :mit Aussparungen zum Durchgriff der Laschen versehen sind, welche in andere zellenförmige Hohlräume des Steges und den Hohlraum des Schienenkopfes eingreifen.

Die Seitenführung des Fahrzeugs wird bei der Schiene nach der Erfindung nicht mehr von einem getrennten Unterbau übernommen, sondern von dem Steg der Schiene selbst. Der den Steg oben abschließende, rohrfönnige, in Querrichtung starre Schienenkopf macht das Schienenstück zusammen mit dem als Hohlprofil ausgebildeten Steg und dem die Basis des T bildenden Schienenfuß mechanisch sehr stabil und ermöglicht eine Anpassung des Trägheitsmoments der Schienenstücke an die auftretenden Belastungen. Die durch das Hohlprofil bedingte Zellenbauweise der einzelnen Schienenstücke ermöglicht maximale Festigkeit bei minimalem Materialeinsatz.

Dadurch, daß die Schienenstücke auch in dem als Anker dienenden Bereich als Hohlprofil ausgebildet *5 sind, können sie durch Umwälzen eines Kühlmittels, beispielsweise Lull, in diesen Bereichen, in denen infolge hoher auftretender Stromstärken groß ■ Wärmemengen erzeugt werden können, gekühlt werden. Durch die Verwendung der Dichtglieder können die einzelnen Schienenstücke auch bei beispielsweise durch Temperatureinflüsse bedingten Ausdehnungen gegeneinander abgedichtet werden. Diese Dichtheit gestattet die Kühlung der Schiene längs den gesamten Strecken starker Beanspruchung.

Die genau bestimmte Neigung der Seitenwände des Stegs in dem Bereich, in dem er als Anker dient, erlaubt ein sehr genaues Einstellen des Luftspaltes zwischen den Magneten des Linearmotors und der Schiene. Dies führt zu einer Unabhängigkeit von Verdrillungen der Schiene, die als Folge von Seitenkräften oder durch Wärme hervorgerufenen Ausdehnungen auftreten können. Die Magnete des Linearmotors weisen beispielsweise eine rechteckige Ausdehnung auf, in die der den Anker bildende Bereich der Schiene eindringt. Der Luftspalt zwischen Magnet und Schiene ist im Bereich des unteren Ankerteils klein und nimmt nach oben infolge der Neigung der Seitenwände des Stegs zu. Durch Verdrillung der Schiene v^ird eine ihrer Wände aufgerichtet, wobei diese Aufrichtung so weit gehen kann, daß die Wand senkrecht steht. Der für die Wandneigung angegebene Mininnalwert von 2° hat seinen Grund in der Schienenneiguing bei maximaler Verdrillung. Der maximale Wert von 5° resultiert aus der Notwendigkeit, bei einer gegebenen Schienenstegdicke am Übergang zum Schienenkopf, der einen Versteifungswulst bildet, eine ausreichende Materialdicke zu behalten. Vorteilhafterweise haben die Seitenwände des Stegs über ihre ganze Höhe die gleiche Neigung.

Die einander entsprechenden Hohlräume benachbarter Schienenstücke und die Aussparungen in den Dichtgliedern ermöglichen ein sehr einfaches, stabiles und formschlüssiges Verlaschen der Schienenstücke. Die durch den Schienenkopf erreichte Stabilität wird dabei durch Verlaschung der Köpfe aneinander auf die gesamte Länge der Schiene übertragen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Führungs- und Ankerschiene zeichnet sich dadurch aus, daß das Dichtglied ein beidseitig mit den Vorsprüngen versehenes, der Gestalt des Steges angepaßtes Mittelteil aufweist. Dadurch wird eine besonders gute Abdichtung der Hohlräume der Schiene gegenüber dom Außenraum erzielt.

Bevorzugt weisen einzelne der Vorsprünge einander zugeordnete zellenförmige Hohlräume des Stegs verbindende Durchlässe zur Bildung eines Kühlmittelkanals auf. Damit läßt sich in einfacher Weise die erforderliche Kühlung der Schiene durch in den Kühlmittelkanälen strömendes Kühlmittel erzielen.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schienenstücke, die ganz aus Metall bestehen, hat sich die Extrusion als vorteilhaft erwiesen. Wenn die Schienenstücke nicht einteilig extrudiert werden, werden die verschiedenen extrudieren Teile zu einem einteiligen Schienenstück verschweißt.

In der Praxis wurden dabei mit Aluminiumlegierungen folgender Zusammensetzung gute Ergebnisse erzielt:

0,6 bis 0,9 Gew.% Silicium
0,4 bis 0,7 Gew.% Magnesium
bis 0,5 Gew.% Mangan
bis 0,35 Gew.% Eisen
bis 0,20 Gew.% Zink
bis 0,30 Gew.% Chrom
bis 0,10 Gew.% Titan und
bis 0,20 Gew.% Kupfer

Die Schienenstücke werden vorzugsweise gehärtet und vergütet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Schiene,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Stoßes zwischen zwei Schienenstücken,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Dichtgliedes,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 um 90° verdrehte Ansicht des Dichtgliedes,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2 und

Fig. 6 einen Schnitt durch eine auf einer Stütze montierte Schiene.

Die Schiene nach der Erfindung ist aus einzelnen Schienenstücken H und 12 (Fig. 2) zusammengesetzt, die Stoß an Stoß aneinanderliegen und im Querschnitt insgesamt die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden T haben.

Gemäß Fig. 1 weist ein Schienenstück 11 einen Schienenfuß 111, einen senkrechten Schienensteg 112 und einen rohrförmigen, in Querrichtung starren Schienenkopf 113 auf. Das Schiencnstück ist insgesamt in Zellenbauweise ausgebildet, wobei der Schiencnkopf 113 einen Hohlraum 1131 und der Schienensteg mehrere zellenartige Hohlräume 1121, 1122, 1123 aufweist, und der Schienenfuß ebenfalls zellenartige Hohlräume 1111 enthalten kann. Schienensteg und Schienenfuß bilden einen festen Körper mit veränderbarem Trägheitsmoment. Die Wand der Hohlräume weist eine geringe Dicke auf.

Die Seitenwände der Schienenslücke sind zumindest in denjenigem Bereich, in dem sie als Anker für den Linearmotor des Fahrzeugs dienen, gegen die Symmetrieebene der Schiene geneigt. Der Winkel /wischen Seitenwand und Symmetrieebene bzw.

Senkrechter auf dem Schienenfuß 111 beträgt zwischen 2 und 5°.

Einige der Hohlräume, bzw. die Hohlräume 1122 bilden mit Vorteil einen Strömungskanal für ein Kühlmittel. Das Schienenstück 11 ist dem Schienenstück 12 gleich ausgebildet, so daß die vorstehende Beschreibung des Schienenelementes 11 nach Austausch der beiden ersten Ziffern der Bezugszeichen gegen die Zifferngruppe 12 auch für das Schienenstück 12 gilt. ίο

Infolge des zellenartigen Aufbaus sind zwei aneinander anschließende Schienenstücke 11 und 12 durch formschlüssiges Verlaschen miteinander verbindbar. Gemäß Fig. 2 ist zwischen beiden Schienenstücken 11 und 12 ein elastisches Dichtglied 21 (Fig. 3 und «5 4) eingesetzt. Dieses Dichtgüed 21 weist einen Mittelteil 210 auf, der sich an die Gestalt des Steges 112 der Schienenstücke anpaßt und nahe den meisten Hohlräumen Vorsprünge 2111 und 2112 aufweist, die beiderseitig des Mittelteils 210 angeordnet sind und sich in die jeweils entsprechenden Hohlräume 1121 und 1221 einschieben lassen.

In der Nähe der Hohlräume 1122 und 1222 ist im Dichtglied 21 und in seinen Vorsprüngen 2121 und 2122 zum Transportieren eines Kühlmittels ein Durchlaß 2120 ausgebildet. In der Umgebung bestimmter Zellen weist das Dichtgüed keine Vorsprünge, sondern nur eine Aussparung 213 auf, die den gleichen Querschnitt wie die entsprechenden Hohlräume 1123 und 1223 hat. In diese Hohlräume ist mit Eingriff in die beiden Schienenstücke eine Lasche 221 eingesetzt, deren Außenabmessungen wenig kleiner sind als die Innenabmessungen der genannten Hohlräume. Die Lasche 221 ist in einem der Hohlräume mit einer Schraube 2211 oder einem beliebigen anderen Befestigungsmittel festgehalten. Im anderen Hohlraum ist die Lasche verschieblich aufgenommen, so daß eine Ausdehnung der Schienenstücke in gewissen Grenzen möglich ist (Fig. 2, 5).

Der mechanische Zusammenhalt der Anordnung ist mit Hilfe eines Führungszapfens 2212 verbesserbar, der mit der Lasche 221 einstückig ausgebildet bzw. mit dieser fest verbunden ist und gleitend in einem Längsschlitz 11231 aufgenommen ist, welche ir der Wand der Zellen 1123 ausgebildet ist. In gleichei Weise verbindet eine weitere Lasche 222 die Inncnhohlräume 1131 und 1231 derSchienenköpfc 113 und 123. Diese Lasche 222 ist mit einer Schraube 2221 befestigt und trägt einen Zapfen 2222, der gleitend in einem Schlitz 11311 aufgenommen ist, welcher ir die Wand des Innenhohlraums 1131 eingearbeitet ist In gleicher Weise können zusätzliche Laschen zurr Verbinden weiterer Zellen vorgesehen sein.

Die die Schienen bildenden Schienenstücke 11 um 12 können beispielsweise an einer Trasse befestigi sein, die von einem Abstütztisch 30 (Fig. 6) gebildei ist, der Versteifungsrippen 31 aus Spannbeton aufweist, über denen die Schienenstücke befestigt sind Der Schienenfuß 111 liegt dabei auf einem Ausricht keil auf, dessen veränderliche Dicke die Korrektui kleiner Höhenfehler ermöglicht. Zum Befestigen de> Schienenfußes 111 am Abstütztisch 30 sind starrt Klemmplatten 332 vorgesehen, die über Mutterr 3342 und Spannschrauben 3341 am Abstütztisch 3( befestigt sind.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Schiene folgende Abmessungen: Die Gesamthöhe beträgt 700 mm, die Breite des Schienenfußes 111 150 mm, die Breite des Schienenkopfes 113 40 mm Die Wanddicke beträgt am Schienenkopf 4,5 mm, am Schienensteg 112 in dessen oberem Bereich 4,5 mm und in dessen unterem Bereich 6,25 mm, und nimml von dort zum Schienenfuß 111 hin zu, wo sie 7,5 mm erreicht. Die Masse je m beträgt etwa 30 kg. Diese Schiene ist ausgelegt für ein Fahrzeug mit einem Gewicht von 11 t und einer Reisegeschwindigkeit vor 215 km/h, das Querkräften von K)OO(U) N ausgesetzi ist. Das Fahrzeug muß nicht ein reines Bodeneffekt-Fahrzeug sein, das sich über Luftkissen am Abstütztisch 30 abstützt und das über Luftkissen seitlich am Steg 112 geführt ist, sondern kann zusätzlich Räder aufweisen, die auf dem Abstütztisch 30 rollen. Die Schiene ist jedoch für Luftkissenfahrzeuge besonders günstig, da sie wegen der innen angeordneten Laschen 221 und 222 ohne äußere Unebenheiten ausgcbildel ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Führungs- und Ankerschiene für Fahrzeuge mit Linearmotor, bei der einzelne Schienenstücke einen Schienenfuß und einen darauf senkrecht stehenden Steg aufweisen und miteinander durch Laschen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (112, 122) oben in einem als Hohlprofil ausgebildeten Schienenkopf (113, 123) mit gegenüber dem Steg vergrößerter Breite endet und die Seitenwände des Stegs in seinem als Anker für den Linearmotor dienenden, ebenfalls als Hohlprofil ausgebildeten Bereich unterhalb des Schienenkopfes (112,123) mit der Senk- «5 rechten auf dem Schienenfuß (111, 112) einen Winkel von 2 bis 5° einschließen und daß an den Schienenstößen elastische Dichtglieder (21) vorgesehen sind, die in einzelne der zellenförmigen Hohlräume (1121,1122, 1221, 1222) des Steges *> (112,122) eingreifende Vorsprünge (2111, 2121, 2112, 2122) aufweisen und mit Aussparungen (213) zum Durchgriff der Laschen (221, 222) versehen sind, welche in andere zellenförmige Hohlräume (1123, 1223) des Steges (112, 122) und »5 den Hohlraum (1131, 1231) des Schiene η kopfes (113, 123) eingreifen.

2. Führungs- und Ankerschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (21) ein beidseitig mit den Vorsprüngen (2111, 2121,2112,2122) versehenes, der Gestalt des Steges (112, 122) angepaßtes Mittelteil aufweist.

3. Führungs- und Ankerschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne der Vorsprünge (2111, 2121, 2112, 2122) einander zugeordnete zellenförmige Hohlräume (1122, 1222) des Stegs (112, 122) verbindende Durchlässe (2120) zur Bildung eines Kühlmittelkanals aufweisen.