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elektromagnetisches Trag- und Führungssystem Zusatzpatent zu Patent
....... (Patentanmeldung P 21 34 425.2-21) Das Hauptpatent ......... (Patentanmcldung
21 34 425.2-21) betrifft ein elektromagnetisches Trag- und Führungssystem insbesondere
für Schwebe fahrzeuge bestehend aus einer unter einer ortsfesten Ankerschiene freischwebend
angeordncten regelbaren Elektromagnetanordnung.
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Ein in der DT-PS 707 032 beschriebenes System dieser Art besitzt eine
Elektromagnetanordnung aus mindestens drei Elektromagneten die unterhalb einer Ankerschiene
von gekrünuntem Profil angeordnet sind und gesondert geregelt werden. Während der
mittlere Magnet die vertikal gerichtete Tragkraft aufbringt, dienon die rechts und
links davon vorgesehenen Magnete zur hauptsache der Führung des Systems.
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Diese Aufteilung in Trag- und Führungsmagnete bedeutet neben dem erheblichen
Aufwand an Material und Kosten insbesondere ein hohes Magnetgewicht, das die Nutzlast
des elektromagnetischen Trag- und Führungssystems schmAlert.-
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den Hauptpatent ist ctaher ein derartiges elektromagnetisches Trag- und Führungssystem
vorgeschlagen, das als Magnetanordnung einen einzigen, in vertikaler und in horizontaler
Richtung gesondert geregelt erregbaren Elektromagneten vorsieht, der im wesentlicüen
T-förmiacs Kcrnprofil mit nach oben gerichtetem ilittclschenkel aufweist, der gegenüber
dem masisschenkel der Fnkerschiene von im wesentlichen U-förnigem nach unten offenem
Profil einen zur Ubertragung vertikaler Zugkräfte geeigneten Luftspalt ausbildet,
während die Querschenkel zur tibertragung horizontaler Zugkräfte geeignete Luftspalte
gegenüber den Seitenscllenkeln der Ankerschiene ausbilden, wobei ffihrungskraft-richtungskraftabhangig
in einem der beiden letzteren Luftspalte eine Flußzunahme und im anderen eine Flußabnahme
vorgesehen ist. -Diese Systemausbildung kommt also mit einem einzigen Elektromagneten
zur t1bernahme sowohl der Trag- als auch der Führungsfunktion aus.
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Die gesonderte Erregbarkeit des Elektromagneten in vertikaler und
in horizontaler Richtung wird gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Lehre des
Ilauptpatents dadurch erreicht, daß der Mittelschenkel und beide Querschenkel des
Elektromagnetkerns jeweils eine Spule tragen, wobei die Spule auf dem Mittelschenkel
und die in Reihe geschaltoten
Spulen auf den Querschenkeln jeweils
für sich geregelt gespeist sind. Während die erregung der Spule auf dem rlittclschenkel
im wesentlichen die Tragkraft des Systems bestimmt, dicnt die geregelte Erregung
der Rcihenschaltung der beiden Spulen auf den Querscilenkeln der Aufbringung der
jeweils erforderlichen Führungskraft, wobei ein Wechsel in der Richtung der aufzubringenden
Fiihrungskraft eine Umpolung der Einspeisung der Reihenschaltung der beiden Spulen
auf den Querschenkeln erforderlich macht.
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Da es regelungstechnisch ungünstig ist, einen relativ kleinen um den
Wert Null pendelnden Errogerstrom aufzubringen, wird gemäß der Zusatzerfindung vorgeschlagen,
daß allein die Querschenkel des Elektromagnetkerns jeweils eine Spule tragen, von
denen jedc für sich gesondert rogelbar ist.
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Beide Spulen zusammen erzeugen damit den in vertikaler Richtung wirkenden
geregelten Tragfluß, indem sie gemeinsam einer Erregerstromverstärkung oder Schwächung
unterworfen werden, sie erzeugen aber auch den in horizontaler Richtung wirksamen
geregelten Führungsfluß, indem eine Erregerstromverstärkung in der einen Spule von
einer Erregerstromschwäcung in der anderen Spule begleitet wird.
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Der Vorteil dicscr Anordnung liegt im wesentlichen darin, daß insgesamt
nur zwei Spulen auf dem Elektromagnetkern crforderlich sind und keinc dieser Spulen
zur Aufbringung einer Führungskraft umgepolt erregt werden muß.
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Dic Zusatzerfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bczugnahme auf die Zeichnung, die den schematischen Aufbau eines crflndungsgemaßen
Trag- und Führungssystems zeigt, näher erläutert: Der Elektromagnet 1 besitzt einen
T-förmigen Kern 2 aus einem nach oben gerichteten Mittelschenkel 3 und zwei Querschenkeln
5 und 6. An den freicn Enden der Kernschenkel sitzen Polschuhc 9,10 und 11. Die
beiden Querschenkel 5 und 6 sind jeweils mit einer gesondert geregelt gespeisten
Spule 7 bzw. 8 besetzt.
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Der Elektromagnet 1 ist frcischwebend zum Teil unter zum Teil im Innern
einer festmontlerten Ankerschiene 12 mit U-förmlgem, nach unten offenem Profil angeordnet,
wobei die Stirnfläche des Polschuhs 11 des nach oben gerichteten Mittelschenkels
3 auf Abstand zur Innenfläche des Basisschenkels 13 der Ankerschiene 12 steht und
einen Tragluftspalt 14 bildet, während die Stirnflächen der Polachuhe 9 und 10 auf
den Querschenkeln 5 und 6 des Kerns 2 mit den Innenflächen der Seitenschenkel 15
und 16 der Ankerschiene 12 Trag- und Führungsluftspalte 17 und 18 bilden, wobei
die
Trageigenschaften dieser Luftspalte 17 und 18 aus der unten aus der Ankerschiene
herausragenden Anordnung des Kerns 2 resulticren, die eine Änderung des I:nergieghalts
dieser Spalte bei vertikaler Auslenkung des Kerns begründe. Der Kern ist an einem
nicht näher dargestellten freischwebend zu tragenden und entlang der Ankerschiene
zu führenden Schwebefahrzeug 20 befestigt.
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Dic beiden Spulen 7 und 8 auf den Querschenkeln 5 und 6 des Kerns
2 werden so erregt, daß im Mittelschenkel 3 eine Addition der beiden in der Zeichnung
gestrichelt eingczeichneten Flüsso 21,22 stattfindet. Die Flüsse treten über den
Tragluftspalt 14 in die Ankerschiene 12 ein, durchsetzen deren Basisschenkel 13
und die Seitenschenkel 15 und 16, um von dort über die Trag- und Führungsluftspalte
17 und 18 in die Querschenkel 5 und 6 des Kerns 2 einzutreten. Die beiden Erregerströme
J1 und J2 werden mit Hilfe einer nicht dargestellten Regelschaltung in Abhängigkeit
von der Größe der drei Luftspalte derart geregelt, daß diese Luftspalte unter der
Wirkung der anziehenden magnetischen Kräfte zwischen der Ankerschiene 12 und dem
Magnetkern 2 bei allen vorkommenden Belastungen des Schwebe fahrzeugs in einem günstigen
Bereich gehalten werden.
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Die horizontalen Kraftkomponenten in den Trag- und Führungsluftspalten
17 und 18 heben einander bei exakt zentraler Lage des Elektromagneten 1 innerhalb
des Ankerschienenprofils
und gleich aufgebauten und von gleich
großen Strömen J1 und J2 durchflossenen Spulen 7 und 8 auf. Es werden dann nur die
vertikalen Kraftkomponenten in den Luftspalten.
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zum Tragen wirksam. Jedc scitlichc Lageabweichung des Elektromagneten
1 bedeutet jedoch eine Störung dieses labilen Gleichgewichts, so daß eine resultiercndc
horizontalc Kraftkomponente auf den Elektromagneten cinwirkt, dercn Richtung mit
der der Lageabweichung übereinstimmt und mit dercn Zunahme ebenfalls ansteigt. Dies
rührt daher, daß der magnetische Kreis, dessen Trag- und Führungsluftspalt 17 bzw.
18 infolge der Lageabweichung klciner wird, eine die Führungskraft erhöhende Flußzunahme
zu vcrzeichnen hat, während der Fluß in dem anderen magnetischen Kreis sinkt. Dic
Regelung muß also in der Weise eingreifen, daß der Erregerstrom Jl.bzw. J2 der Spule
7 bzw. 8 des einen magnetischen Kreises, dessen Trag- und Führungsluftspalt 17 bzw.
18 kleiner geworden ist, ggf. bis auf Null vcrringert wird, während er in der anderen
Spule 8 bzw. 7 erhöht wird, so daß die horizontale Lageabweichung gering bleibt
und eine der Kraft auf das Schwebe fahrzeug entgegenwirkende Führungskraft erzeugt
wird. Dabei muß die Führungskraftregelung natürlich so erfolgen, daß die resultierende
Tragkraft im wesentlichen konstant bleibt, wenn sich an der Fahrzeuglast nichts
geändert hat.
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Umgckehrt werden die Erregerströme J1 und J2 der beiden Spulen 7 und
8 gleichsinnig verändert, wenn es gilt, einer rein vertikalen Auslenkung des vlektromagncten
1 zu begegen.
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In der Regel werden Lageabweichungen in beiden Richtungen gleichzeitig
auftreten und durch entsprechende Regelung der Erregerströme J1 und J2 beider Spulen
7 und 8 stabilisiert.
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Das erfindungsgemäße Trag- und Führungssystem ist vorstchend am Beispiel
eines einzigen Elektromagneten an einer Ankerschiene beschrieben worden, da die
Besonderheit des Systems eben gerade darin liegt, daß bereits ein einziger, zwei
Spulen tragender Elektromagnet ausreicht, um ein stabiles Tragen und Führen zu erzielen.
Selbstverständlich sind bei größoren Schwebefahrzeugen, die mit hoher Geschwindigkeit
entlang einer Fahrbahn bewegt werden sollen, zwei Ankerachtenen und mindestens vier
Elektromagnete dieser Art erforderlich, um jede denkbare Schllnger- und Nickbewegung
des Schwebe fahrzeugs auszuschalten.