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Magnetschwebebahn Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnet schwebebahn
und betrifft insbesondere Verbesserungen an einer Magnetschwebebahn mit einer Dämpfungsspule.
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Bei Magnetschwebebahnen sind gewöhnlich ein Tragund/oder ein Führungsmagnet
am Wagen oder an der Fahrbahn sowie ein sekundärer Leiter, der dem obigen Magnet
gegenüberliegt, auf der jeweils anderen Seite angeordnet. Der Wagen wird durch die
dazwischen wirksame Abstoßungskraft, d.h. die Schwebekraft oder Führungskraft, getragen
und/oder geführt. Bei dieser Anordnung wird die Abstoßungskraft durch Unebenheiten
der Fahrbahnfläche stark beeinflußt. Falls es nämlich Unebenheiten auf der Fahrbahn
gibt, ändert sich beim Durchfahren der Abstand zwischen dem Magnet und dem sekundären
Leiter. Bekanntlich ergeben solche Änderungen Schwankungen in der Abstoßungskraft,
was zu Schwingungen des Wagens führt. Als Gegenmaßnahme dafür sind verschiedene
Methoden vorgeschlagen worden. Eine dieser Methoden findet sich auf Seite 573 der
Zeitschrift "PROCEEDINGSOF THE IEEE" Bd. 61, Nr. 5, Mai 1973.
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Gemäß dieser Methode wird eine Dämpfungsspule verwendet. Die obige
Schwankung der Abstoßungskraft kann jedoch auch durch Stromsteuerung des Magnets
selbst vermieden werden. Wird ein Magnet mit Supraleitwngsspule verwendet, wie dies
in letzter Zeit
vorgeschlagen wurde, so ist es jedoch sehr schwierig,
den Supraleitungsstrom zu steuern. Deshalb ist unter und gegenüber dem Magnet die
Dämpfungsspule angeordnet, deren Strom gemäß der oben erwähnten Änderung des Abstands
durch negative Rückkopplung gesteuert wird. Folglich kann die Dämpfungsspule die
Schwankungen der Abstoßungskraft kompensieren. Bei dieser Methode ist aber ein ziemlich
großer Dämpfungsstrom erforderlich, wie aus der obigen Zeitschrift klar wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Magnetschwebebahn
zu schaffen, die mit einem viel geringeren Dämpfungsstrom auskommt.
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Diese Aufgabe wird nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Magnet schwebebahn weisen der Trag- und/
oder Führungsmagnet und die Dämpfungsspule voneinander unabhngige Beweglichkeit
gegenüber dem sekundären Leiter auf.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt
durch eine erfindungsgemäße Magnetschwebebahn; und Fig. 2 einen schematischen Schnitt
durch einen die Erwindung betreffenden Teil eines weiteren Aus- -führungsbeispiels.
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Gemäß Fig. 1 besteht ein Wagen aus einem Wagenkasten 1 und einem Magnetschwebegestell
3, das über Federn.5 unter dem.Kasten 1 aufgehängt ist. Ein Magnet 7 ist in dem
Gestell 3 so angeordnet, daß er auf einer Fahrbahn 9 angebrachten Bahnspulen 11,
die als sekundärerLeiter dienen, gegenüberliegt. Der Einfachheit halber, ist die
Einrichtung zur Führung des Wagens in Fig. 1 weggelassen.
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Unter dem Kasten 1 ist eine Dämpfungsspule 13 mit starren Halterungen
15-so installiert, daß sie dem Magnet 7 gegenüberliegt.
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In dieser Anordnung können sich der Magnet 7 und die Dämpfungsspule
13 frei relativ zueinander bewegen. Es ist also wichtig, daß der Magnet 7 und die
Dämpfungsspule 13 voneinander unabhängige
Beweglichkeit gegenüber
den Bahnspulen 11 aufweisen.
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Nicht so wichtig ist es, durch welche Mittel oder Materialien die
Dämpfungsspule 13 an dem Kasten 1 angebracht ist. Um zu vermeiden, daß die Schwingungen,
die sich in der Dämpfungsspule 13 aus irgendeiner Ursache ergeben können, auf den
Kasten 1 übertragen werden, können statt der gezeigten starren Halterungen 15 auch
elastische Träger für die Dämpfungsspule 13 vorgesehen sein.
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Auch in diesem Fall wird die erfindungsgemäße Wirkung erreicht, solange
die elastischen Träger wesentlich starrer sind als die Federn 5.
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Durchfährt der Wagen während der Fahrt Unebenheiten auf der Fahrbahn
9, so werden der Kasten 1 und das Gestell 3 auf- und abwärts erschüttert. Um solche
Erschütterungen zu vermeiden, müssen die Stromrichtung und- gleichzeitig die Stromstärke
in der Dämpfungsspule 13 so gesteuert werden, daß sich der Magnet 7 und die Dämpfungsspule
13 gegenseitig anziehen bzw. abstoßen.
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Die Arbeitsweise des obigen Ausführungsbeispiels soll im folgenden
ausführlicher dargelegt werden. Fährt der Wagen in einer Richtung, die gemäß Fig.
1 in die Zeichenebene führt, und fließt der Strom in der gezeigten Richtung durch
den Magnet 7, so wird der Strom in der gezeigten Richtung in den einzelnen Bahnspulen
11 induziert.
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Zuerst sei angenommen, daß der Wagen eine konvexe Unebenheit-auf
der Fahrbahn 9 durchfährt. Dabei wird der Abstand zwischen dem Magnet 7 und den
Bahnspulen 11 kleiner, und das Gestell 3 sucht sich nach oben zu bewegen, weil die
Schwebekraft wegen des verringerten Abstandes zunimmt. Diese Verringerung des Abstandes
wird rasch ermittelt, und gemäß der ermittelten Größe wird der Strom der Dämpfungsspule
13 in der gezeigten Richtung zugeführt. Die dadurch bewirkte magnetische Anziehungskraft
zwischen dem Magnet 7 und der Dämpfungsspule 13 hat zur Folge, daß die Federn 5
zusammengedrückt werden.
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Falls der Kasten 1 leichter ist als das Gestell 3, wird beim Zusammendrücken
der Federn 5 der leichtere Kasten 1 zu dem
schwereren Gestell 3
hingezogen, so daß die Aufwärtsbewegung des Kastens 1 selbst vermieden wird, Ist
dagegen der Kasten 1 schwerer als das Gestell 3, so wird das leichtere Gestell 3
zu dem schwereren Kasten 1 hingezogen, so daß der Abstand zwischen dem Magnet 7
und den Bahnspulen 11 größer wird. Folglich wird die dazwischen wirkende Schwe-bekraft
erniedrigt und somit wiederum vermieden, daß sich der Kasten 1 nach oben bewegt.
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Falls der Wagen eine konkave Unebenheit auf der Fahrbahn 9 durchfährt,
wird im Gegensatz zur obigen Erläuterung eine magnetische Abstoßungskraft zwischen
dem Magnet 7 und der Dämpfungsspule 13 erzeugt. Bei einer solchen Unebenheit wird
nämlich der Abstand zwischen dem Magnet 7 und den Bahnspulen 11 größer, und die
dazwischen wirkende Schwebekraft nimmt ab, so daß das Gestell 3 abzusinken sucht.
Besteht dabei zwischen dem Magnet 7 und der Dämpfungsspule 13 eine magnetische Abstoßungskraft,
so wird das Gestell 3 positiv nach unten gedrückt, und die Federn 5 verlängern sich.
Dadurch nimmt der Abstand zwischen dem Magnet 7 und den Bahnspulen 11 schnell ab,
so daß die dazwischen wirkende Schwebekraft wieder zunimmt. Die Absenkung des Kastens
1 kann daher vermieden werden.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Erfindung
zur Dämpfung seitlicher Schwingungen verwendet wird.
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Diese Anordnung'dient nicht zum Tragen des Wagens sondern zu seiner
Führung. Dabei erzeugen Spulen 17 in einem vertikalen Teil 19 der Fahrbahn und Magnete
21 in Führungsgestellen 23 miteinander die Abstoßungskraft, d.h. Führungskraft in
Richtung quer zur Fahrtrichtung. Dämpfungsspulen 25 sind unmittelbar an einem seitlichen
Teil-des Wagenkastens 1 installiert. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist genau
wie in Fig. 1.
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Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen liegt die Dämpfungsspule
jeweils auf von dem sekundären Leiter abgewandten Seite des Magnets. Die erfindungsgemäße
Magnetschwebebahn unterliegt jedoch hinsichtlich dieser Anordnung praktisch keinerlei
Beschränkungen. Wesentlich ist nur, daß die gegebenenfalls zwischen der Dämpfungsspule
und dem Wagenkasten wirkende
Elastizität viel starrer ist, als die
zwischen dem Magnet und dem Wagenkasten.
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So ist es auch möglich, die Dämpfungsspule zwischen dem Magnet und
dem sekundären Leiter so anzuordnen, daß sie mit dem Wagenkasten im wesentlichen
gleiche Beweglichkeit aufweist. Dazu kann zum Beispiel eine Haltestange benutzt
werden, die den Magnet durchsetzt und die Dämpfungsspule mit dem Wagenkasten verbindet.
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In diesem Fall, ist es zu beachten, daß die Richtung der magnetischen
Kraft zwischen dem Magnet und der Dämpfungsspule jeweils gerade umgekehrt ist. Die
magnetische Kraft muß nämlich im Fall einer konvexen Unebenheit eine Abstoßung im
anderen Fall eine Anziehung bewirken. Da beide Anordnungen Vorteile haben, können
sie je nach der Konstruktion des Wagens nach Belieben gewählt werden.
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Gemäß der Erfindung dient, wie oben erwähnt, die Dämpfungsspule nicht
zur Kompensation der zwischen den Magnet und dem sekundären Leiter wirkenden Trag-
und/oder Führungskraft, sondern zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungs- und
Abstoßungskraft zwischen dem Magnet und sich selbst. Die durch den Trag- bzw. Führungsmagnet
erzeugte Kraft ist gewöhnlich sehr stark. Daher werden Schwingungen wirkungsvoll
verhindert, obwohl die durch die Dämpfungsspule erzeugte Kraft schwach ist. Dies
bedeutet, daß sich der Dämpfungsstrom ziemlich klein machen läßt. Es ist also möglich,
eine wirtschaftliche Magnetschwebebahn mit guten Fahreigenschaften zu schaffen.