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Schwebefahrzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf ein fahrweggebundenes Schwebefahrzeug,
insbesondere ein Magnetschwebefahrzeug, mit einer Führungseinrichtung zur Erzeugung
von Rückstellkräften bei seitlichen Auslenkungen.
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Das Verhältnis von rückstellender Seitenkraft zu der sie verursachenden
seitlichen Auslenkung wird als Steifigkeit bezeichnet.
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Die Steifigkeit beeinflußt die Betriebseigenschaften des Schwebefahrzeuges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unterschiedlichen, Jedoch
an bestimmten Abschnitten der Trasse überwiegend auftretenden Fahrsituationen für
optimale Betriebseigenschaften zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die'Steifigkeit
der Führungseinrichtung, d.h. das Verhältnis von Riickstellkraft zur seitlichen
Auslenkung, in einem mit geringerer Geschwindigkeit zu durchfahrenden Streckenabschnitt
steifer bemessen ist als auf einem mit gleichbleibender oder steigender Geschwindigkeit
zu durchfahrenden Streckenabschnitt.
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Erfindungsgemäß wird abhängig von der vorwiegend auftretenden Fahrsituation
in einem bestimmten Abschnitt der Trasse die FUhrungseinrichtung so ausgelegt, daß
sich jeweils optimale Betriebseigenschaften ergeben. Die Steifigkeit der Seitenführung
darf aus Gründen des Fahrkomforts bei einer Fahrt auf einem freien Streckenabschnitt
einen Höchstwert nicht überschreiten. Auf freier Strecke
ist somit
eine Führungseinrichtung mit weicher Kennlinie vorgesehen. Beim Aufsetzen während
eines Landevorganges hingegen ist eine sehr steife Seitenführung erforderlich, um
ein sicheres Eingleisen in eine Station zu ermöglichen, insbesondere wenn hier ein
zusätzliches Rad-Schiene-Tragsystem vorgesehen ist.
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Bei Magnetschwebefahrzeugen mit synchronen Linearmotoren wurde als
Trag- und Führungsverfahren neben dem sogenannten Normalflußverfahren und dem Nullflußverfahren
das Differenzflußverfahren vorgeschlagen, bei dem entlang der Trasse zu beiden Seiten
des Triebfahrzeuges als Kurzschlußspulen ausgebildete Führungsspulen in Form einer
Acht angeordnet sind, während die supraleitenden Erregerspulen im Triebfahrzeug
eine rechteckige Form aufweisen (US-PS 3 470 828, Fig. 7).
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Eine weiterführende Variante der elektrodynamischen Schwebetechnik,
die als Supra-Acht-Differenzflußverfahren bekannt wurde, sieht vor, die Führungsspulen
und die Erregerspulen so anzuordnen, daß ihre Spulenebenen horizontal verlaufen
(DT-OS 24 12 221).
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Hierbei treten neben Bremskräften und Tragkräften auch Seitenkräfte
auf, die zur Stabilisierung des Fahrzeuges herangezogen werden können, da sie bei
einer seitlichen Auslenkung des Fahrzeuges als rückstellende Kräfte wirken. Die
Seitenkräfte können durch Anwendung einiger zusätzlicher Führungsspulen vergrößert
werden. Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Seitenkräfte besteht darin,
die Wicklungsebene um einen Winkel von etwa 300 gegen die Senkrechte zu neigen.
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Die Anwendung von zusätzlichen Führungsspulen in der Trasse bedeutet
einen erhöhten Aufwand. Durch die Neigung der Wicklungsebene können die Seitenkräfte
nur um einen bestimmten Betrag vergrößert werden, der möglicherweise nicht ausreicht.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Schwebefahrzeug
mit einem eisenlosen synchronen Linearmotor, bei dem im Triebfahrzeug eine Kette
von supraleitenden Erregerspulen mit
annähernd rechteckiger Form
angeordnet sind, während in der Trasse Führungsspulen in Form einer geschlossenen
Acht verlegt sind, deren innere und äußere Längsleiter im wesentlichen parallel
zur Fortbewegungsrichtung verlaufen und deren innere Längsleiter sich gegeneinander
elektrischisoliert überkreuzen.
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Um bei einer solchen Anordnung die Steifigkeit der Führungseinrichtung
in Bremsstrecken steifer zu bemessen als auf freier Strecke, wird vorgeschlagen,
daß der Abstand der inneren Längsleiter bei Führungsspulen in einem mit geringerer
Geschwindigkeit zu durchfahrenden Streckenabschnitt größer gewählt ist als bei FUhrungsspulen
auf freier Strecke. Die unterschiedliche Bemessung der Steifigkeit erfolgt hierbei
ohne Mehraufwand an Material.
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Ebenso ist beim Einfahren in eine Station ein allmählicher Ubergang
von weicher zu harter Steifigkeit durch stetige Verkleinerung des Abstandes der
inneren Längsleiter von aufeinanderfolgenden Führungsspulen möglich.
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Im Bereich niedriger Geschwindigkeiten erzeugt die oben beschriebene
Führungseinrichtung sehr große Bremskräfte. Bei einem Beschleunigungsvorgang kann
die Führungseinrichtung die Führung des Fahrzeuges erst bei einer Geschwindigkeit
übernehmen, bei der die Bremskraft auf einen Wert gesunken ist, der vom Antrieb
überwunden werden kann. Die Bemessung der Ftihrungsspulen auf freier Strecke, die
unter dem Gesichtspunkt der Materialersparnis erfolgt, führt zu einem großen Wert
der Geschwindigkeit, bei der das Fahrzeug abhebt. Dies ist bei Beschleunigungsvorgängen
unerwünscht. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, auf Beschleunigungsstrecken
die Führungseinrichtung so auszubilden, daß die Geschwindigkeit herabgesetzt wird,
bei der das Fahrzeug abhebt.
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Dies kann dadurch geschehen, daß der Leiterquerschnitt bei FUhrungsspulen
in einem mit steigender Geschwindigkeit zu durchfahrenden Streckenabschnitt größer
gewählt ist als bei Führungsspulen auf freier Strecke oder auf einem mit geringerer
Geschwindigkeit zu durchfahrenden Streckenabschnitt.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Magnetschwebefahrzeug 3 über einer Trasse 4. Eine Kette von supraleitenden
Erregerspulen 2 ist im Triebfahrzeug angeordnet, während die Führungsspulen 1 in
der Trasse verlegt sind.
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Fig. 2 zeigt perspektivisch in einem Ausschnitt eine der Erregerspulen
2 über einer Führungsspule 1. Die Erregerspule 2 hat die Form eines Rechtecks. Die
als Kurzschlußspule ausgebildete Führungsspule 1 hat die generelle Form einer geschlossenen
Acht, deren äußere Längsleiter 11, 12 und deren innere Längsleiter 13a, 13b bzw.
14a, 14b im wesentlichen parallel zur Fortbewegungsrichtung verlaufen. Die Querleiter
5, 6, 7, 8 verlaufen im wesentlichen rechtwinkelig zur Fortbewegungsrichtung. Die
inneren Längsleiter sind durch einander kreuzende Verbindungsstücke 9 und 10 miteinander
verbunden, die gegeneinander isoliert sind. Ein in der Führungsspule 1 induzierter
Kurzschlußstrom verläuft somit vom Querleiter 5 über den äußeren Längsleiter 11,
den Querleiter 6, den inneren Längsleiter 13a, das Verbindungsstück 9, den inneren
Längsleiter 14b, den Querleiter 7, den äußeren Längsleiter 12, den Querleiter 8,
den inneren Längsleiter 14a, das Verbindungsstück 10 und den inneren Längsleiter
13b zurück zum Querleiter 5.
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Die supraleitende Erreger spule 2 führt einen sehr großen Erregerstrom
i2 in der mit einem Pfeil angegebenen Richtung. Der Strom i2 erzeugt bei einer Bewegung
der Erregerspule 2 in t-Richtung gegenüber der Führungsspule 1 in den Windungen
der Führungsspule 1 einen verketteten magnetischen Fluß 1 2. Bewegt sich eine Kette
solcher Spulen 2 mit konstanter Geschwindigkeit in r -Richtung gegenüber der Spule
1, so hat der Fluß §1 + einen zeitlich periodischen Verlauf. Der Teilfluß t1 induziert
unter diesen Voraussetzungen die Umlauf spannung u1 in der rechten Hälfte der Führungsspule
1 und die Umlauf spannung u2
in der linken Hälfte der Führungsspule
1. Bei fehlender seitlicher Auslenkung heben sich die Spannungen u1 und u2 in ihrer
Wirkung auf. Bereits bei kleinen Auslenkungen dy in y-Richtung entsteht eine Differenz
zwischen den Umlauf spannungen, die vegen der niedrigen Impedanz der Führungsspule
1 einen großen Strom il in der Führungsspule hervorruft. Der Effektivwert der Spannungsdifferenz
ist bei kleinen Auslenkungen by mit guter Näherung proportional zu A y. Durch die
Wechselwirkungen der Magnetfelder der Ströme il und i2 entsteht ein Kraftvektor,
der sich als Produkt dieser Ströme mit dem Gradienden der Gegeninduktivität zwischen
den Leiteranordnungen 1 und 2 ergibt. Der Kraftvektor kann in eine Bremskraft entgegen
der >c-Richtung, eine Tragkraft und eine rUckstellende Seitenführungskraft zerlegt
werden.
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Es wurde erkannt, daß die Größe der Seitenführungskraft abhängig ist
vom Abstand b der inneren Längsleiter 13a, 14a bzw. 13b, 14b. Der Abstand b der
inneren Längsleiter wird daher bei Führungsspulen in einer Bremsstrecke größer gewählt
als bei Führungsspulen auf freier Strecke, um die Steifigkeit der Führungseinrichtung
auf Bremsstrecken steifer zu bemessen als auf freier Strecke.
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Im Bereich niedriger Geschwindigkeiten erzeugt die beschriebene Fährungseinrichtung
sehr große Bremskräfte in-X-Richtung. Wie in Fig. 3 in der Kurve g1 dargestellt
ist, kann die Führungseinrichtung die Führung des Fahrzeuges erst bei einer Geschwindigkeit
vFl übernehmen, bei der die Bremskraft F auf einen Wert gexl sunken ist, der vom
Antrieb überwunden werden kann. Die Bemessung der Führungsspulen auf freier Strecke,
die unter dem Gesichtspunkt der Materialersparnis erfolgt, führt zu einem großen
Wert von VF. Dies ist bei Beschleunigungsvorgängen unerwünscht. Erfindungsgemäß
wird daher vorgeschlagen, auf Beschleunigungsstrecken den Wert von vF zu verkleinern.
Dies kann durch Vergrößerung des Leiterquerschnittes der Führungsspulen auf Beschleunigungsstrecken
geschehen. Wie die Kurve g2 in Fig. 3 zeigt, wird die Geschwindigkeit vF2 bei Überwindung
einer Bremskraft Fx2 erreicht.
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3 Ansprüche 2 Figuren
L e e r s e i t e