DE2614883A1

DE2614883A1 - Schienenfahrzeug mit magnetischer unterstuetzung

Info

Publication number: DE2614883A1
Application number: DE19762614883
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Richard Polgreen
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1977-10-20
Also published as: GB1430761A; US4142469A; FR2347245A1

Description

Patenta.iwäl+e Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipi.-Ing. eünther Koch

/ K 1 L 8 H 2 Dipi.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer feLclkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

⁶· April 1976

Unser Zeichen: 15 ^90 - Κ/Αρ

British Steel Corporation, 33 Grosvenor Place, London S.W.l England

Schienenfahrzeug mit magnetischer Unterstützung

Die Erfindung bezieht sioh auf ein Schienenfahrzeug und insbesondere auf ein Schienenfahrzeugsystera, bei dem die Fahrzeuge magnetisch gegenüber der Schiene abgestützt sind.

Schienenfahrzeugsysteme mit magnetisch unterstützten Fahrzeugen sind durch die GB-PS 867 045, 1 035 764 und 1 213 997 bekannt. Bei diesen bekannten Systemen werden Ferritperraanentmagnete hoher Koerzitivkraft längs der gesamten Schienenlänge in Form kontinuierlicher Reihen von Ferritblöcken angeordnet, und es wird eine weitere Gruppe solcher Magnete an jedem Fahrzeug vorgesehen, so daß die Fahrzeuge durch die gegenseitige Abstoßung zwischen Schienenmagneten und Fahrzeugmagneten getragen werden. Im Hinblick darauf, daß jedoch über die gesamte Länge der Schiene Magnete angeordnet werden müssen, sind die Investitionskosten bei diesen bekannten Systemen außerordentlich hoch.

Gemäß der Erfindung ist ein Schienenfahrzeugsystem vorgesehen, welches eine Schiene mit einer nach unten gerichteten Oberfläche aus (ferro)magnetischem Material aufweist, und es ist ein Fahrzeug längs der Schiene beweglich, welches ein magnetisches Aufhängesystem umfaßt, das einen Permanentmagneten besitzt, und

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magnetisch nach oben auf die Oberfläche der Schiene durch den Magnetfluß angezogen wird, so daß das Gewicht des Fahrzeuges wenigstens teilweise durch die Magnetkraft zwischen Magnet und Schiene ausgeglichen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um den Magnetfluß zu steuern, ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu vermindern, wodurch die Hubkraft gesteuert werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Schienenfahrzeugsystem vorgesehen, das eine Schiene aus magnetischem Material mit einer nach unten weisenden Oberfläche besitzt, und es ist ein Fahrzeug längs der Schiene beweglich, das ein magnetisches Aufhängesystem umfaßt, welches das Fahrzeug relativ zur Schiene mit einer Kraft anhebt, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Fahrzeuges, wobei das magnetische Aufhängesystem wenigstens einen Permanentmagenten umfaßt, und es sind Polschuhe so gegenüber jedem Magneten angeordnet, daß ein Magnetkreis zwischen jeden Magneten und der Oberfläche der Schiene über die Polschuhe geschlossen wird, und es sind Mittel vorgesehen, die den Fluß in dem Magentkreis ändern, ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu vermindern, wobei die Polschuhe unter der nach unten weisenden Oberfläche der Schiene zu liegen kommen, so daß das Aufhängesystem magnetisch nach oben nach dieser Oberfläche hin angezogen wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Schienenfahrzeugsystem mit einer Schiene aus Magnetmaterial vorgesehen, welche eine nach unten weisende Oberfläche besitzt, und längs dieser Schienen ist ein Fahrzeug beweglich* das ein magnetisches Aufhängesystem umfaßt, das das Fahrzeug relativ zu der Schiene mit einer Kraft anhebt, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Fahrzeuges, wobei das magnetische Aufhängesystem wenigstens einen Permanentmagneten umfaßt. Dabei sind Polschuhe vorgesehen, die parallele, geradlinig verlaufende obere Ränder besitzen,

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welche unter der nach unten weisenden Oberfläche der Schiene und parallel zu dieser liegen, wobei die Polschuhe so gegenüber jedem Magneten angeordnet sind, daß ein Magnetkreis zwischen jedem Magneten und der nach unten weisenden Oberfläche der Schiene über die zugeordneten Polschuhe geschlossen werden kann, und es sind Mittel vorgesehen, um den Magnetfluß in dem Kreis zu verändern, ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu vermindern, wodurch eine Steuerung der Hubkraft jedes Magneten ermöglicht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Schienenfahrzeugsystem vorgesehen, welches eine Schiene mit einer nach unten weisenden Oberfläche aus Magnetmaterial umfaßt, und es ist längs dieser Schiene ein Fahrzeug beweglich, das ein magnetisches Aufhängesystem umfaßt, um das Fahrzeug relativ zur Schiene mit einer Kraft anzuheben, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Fahrzeuges. Das Aufhängesystem umfaßt einen Permanentmagneten hoher Koerzitivkraft mit einer im wesentlichen linearen Entmagnetisierungskurve, und das Aufhängesystem wirkt mit der Oberfläche der Schiene zusammen, wodurch das Aufhängesystem nach oben nach der Oberfläche durch den Magnetfluß angezogen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um den Magnetfluß des Magneten zu ändern, ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu ändern, so daß die Hubkraft gesteuert werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Sohienenfahrzeugsystem vorgesehen, welches eine Schiene aus Magnetmaterial umfaßt, die eine nach unten gerichtete Oberfläche besitzt, und es ist längs dieser Schiene ein Fahrzeug beweglich, das ein magnetisches Aufhängesystem umfaßt, und das Fahrzeug relativ zu der Schiene anhebt, und wenigstens einen Permanentmagneten umfaßt, dabei sind Polschuhe relativ zu jedem Magneten so angeordnet, daß ein Magnetkreis zwischen jedem Magneten und der Oberfläche der Schiene über die Polschuhe gebildet wird, und die

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Polschuhe sind unter der Oberfläche der Schiene angeordnet, so daß das Aufhängesystem magnetisch nach oben nach der Oberfläche hin angezogen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um vertikal einen der Polschuhe relativ zu dem anderen Polschuh so zu verschieben, daß der Magnetfluß in dem Kreis geändert werden kann, und eine Steuerung der Hubkraft des Aufhängesystems möglich wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Fahrzeug längs einer Schiene beweglich, die eine nach unten weisende Oberfläche aus Magnetmaterial umfaßte und das Fahrzeug besitzt ein magnetisches Aufhängesystein mit einem Permanentmagneten, und das Aufhängesystem besitzt weiter eine nach oben weisende, Magnetfluß führende Oberfläche, die im Betrieb unter der nach unten weisenden Oberfläche der Schiene liegt, wodurch das Aufhängesystem magnetisch nach oben nach der Oberfläche der Schiene hin angezogen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um den Magnetfluß zu steuern^ ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu vermindern, so daß die Hubkraft gesteuert werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Fahrzeug längs einer Schiene beweglich, die eine nach unten gerichtete Oberfläche aus Magnetmaterial aufweist, und das Fahrzeug weist ein magnetisches Aufhängesystem auf, das mindestens einen Permanentmagneten umfaßt und es sind jedem Magneten Polschuhe zugeordnet. Die Polschuhe haben gröbere Ränder, die im Betrieb unter der Oberfläche der Schiene liegen, so daß ein Magnetkreis zwischen dem Magnet und der Oberfläche der Schiene über die Polschuhe geschlossen werden kann, so daß das Aufhängesystem magnetisch nach oben nach der Oberfläche der Schiene hin angezogen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um einen der Polschuhe relativ zu dem anderen Polschuh zu bewegen, so daß der Magnetfluß im Kreis geändert wird, was eine Steuerung der Hubkraft ermöglicht.

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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig. I einen Querschnitt eines Schienenfahrzeugsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt von Fahrzeug und Schiene gemäß Figur 1;

Fig. j5 einen Schnitt einer anderen Ausführungsforra von Fahrzeug und Schiene;

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Schienenfahrzeugssystems;

Fig. 5 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform von Fahrzeug und Schiene.

Allgemein weist das in den Figuren 1 und 2 dargestellte System eine Schiene 2 in Form eines gewichtsmäßig leichten Stahlprofils auf, und außerdem bezüglich der Anziehung steuerbare magnetische Schienen 4, die an jedem Fahrzeug angeordnet sind, und mit begrenztem Gleichstrom gespeist werden, um ein freies Schweben und eine Führung aufrecht zu erhalten,und den Reibungswiderstand und die ihm zugeordnete Abnutzung sowie Lärm und Vibration zu vermeiden.

Die bezüglich der Anziehung gesteuerten Magnetschienen 4 eines jeden Fahrzeuges weisen eine Reihe von Ferrit-Magnetblöcken 6 und einen Polschuh in Gestalt eines Weicheisenstreifens 8 geeigneter Dicke auf, um den jedem Magneten der Magnetreihe 6 zugeordneten Fluß führen zu können. Beide Polschuhe stehen über die Magnete 6 an jener Seite vor, wo die Last abgestützt wird, und die geradlinig verlaufenden oberen Ränder der Polschuhe 8 defi-

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nieren eine naoh oben weisende FIuB führende Oberfläche der Schiene 4. Auf diesen Fortsätzen sind gleiche Spulen 10 zweckmäßigerweise aus einem anodisch hergestellten Älurainiumstreifen von etwa 10 mm Breite aufgewickelt. Die Schienen 4 können eine große Zahl benachbarter Magnetblöcke aufweisen, und die Spulen 10 können langgestreckt ausgebildet sein, und eine Länge von etwa 1 m besitzen. Auf diese Weise wird ein Magnetkreis zwischen jedem Magneten 6 und der Schiene über die Polsehuhe 8 geschaffen, und der PIuS in dem Magnetkreis kann dadurch geändert werden, daß ein Strom durch die Spulen 10 geschickt wird, ohne daß dadurch dauerhaft die Magnetstärke der Magnete 6 beeinträchtigt wird. Zeitweise kann ein ßieichstromfluß durch die Spulen 10 in einer solchen Richtung geschickt werden, daß zeitweilig die Plußdichte auf Null vermindert, oder der Fluß sogar umgekehrt wird. Wenn jedoch der Strom in umgekehrter Richtung durch die Spulen geschickt wird, dann kann der permanente Fluß wesentlich verstärkt werden, und es kann eine Kraft erlangt werden, die etwa doppelt so groß ist wie die Kraft der Magnete 6 allein. So kann ein sehr weiter Steuerbereich bezüglich der Magnetschienen 4 angewandt v/erden. Diese Magnetschienen 4 bilden gesteuerte Permanenthubmagnete, wie in Verbindung mit Figur 1 bis 3 der GB-PS 1 272 488 beschrieben. Die Schienen 4 können in Standardlängen hergestellt und in geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Die Magnete β der bezüglich der Anziehung gesteuerten Magnetschienen 4 an jedem Fahrzeug liefern eine größere Hubkraft als die zum Abstützen des beladenen Fahrzeugs erforderliche Kraft, so daß sie normalerweise gegen die Schienen zu liegen kommen, wenn kein Steuerstrom fließt. Der Strom wird deshalb in einer solchen Richtung durch die Spulen geschickt, daß die Flußdichte vermindert wird, wodurch die Hubkräfte ausgeglichen und auf das Augenblicksgewicnfc des Fahrzeuges eingestellt werden können.

Bei einer solchen Anordnung wird Energie nur für die Steuerung

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und für die Erzeugung der Bewegung benötigt. Der permanente Fluß, der die statische Kraft zur Abstützung liefert, ergibt weder einen Verlust, noch eine Erwärmung. Die Perritraagnete und die Polschuhe bilden zusammen eine wirksame Wärmesenke und es können kleine Steuerspulen mit hohen Stromdichten zur Steuerung benutzt werden.

Die Schienen 2 haben die Gestalt von zwei seitlich im Abstand zueinander angeordneten Blankstahl-Winkelprofilen, die so orientiert sind, daß ein Schenkel horizontal verläuft und der andere Schenkel vertikal. Dabei liegen die vertikalen Schenkel jeweils innerhalb des horizontalen Schenkels. Diese Winkelprofile sind in regelmäßigen Abständen durch Stahlschwellen 12 verbunden, die einen Raum zum freien Durchtritt der Magnetschienen 4 umschließen. Die Schwellen 12 können benutzt werden, um Versorgungs- und Steuerkabel sowie leichte Stahlkabel zu tragen, wenn die Verspannung der Schienen relativ lang ist. Die Schienenanordnung sollte in jeder Ebene starr sein, und dies kann dadurch bewirkt werden, daß ein Spanngewicht vorgesehen wird, das etwa gleich ist dem Gewicht des belasteten Fahrzeuges, wenn die vom Fahrzeug getragene Last etwa dem Gewicht des leeren Fahrzeuges entspricht.

Jedem Schenkel der Schienen 2 ist eine Magnetschiene 4 zugeordnet. Eine Magnetschiene 4 liegt unter der nach unten weisenden Oberfläche jedes horizontalen Schenkels der Schienen 2 um eine Hubkraft zu erzeugen, und eine weitere Magnetschiene 4 liegt benachbart zur inneren Oberfläche eines jeden vertikalen Schenkels der Schienen 2 um eine Führungskraft zu erzeugen. Die oberen Ränder der Polstücke der Hubschiene 4 sind geradlinig ausgebildet und laufen parallel zu der nach unten weisenden Oberfläche jedes horizontalen Schenkels der Schiene 2. Die beiden Magnetschienen 4, die jeder Schiene 2 zugeordnet sind, werden durch einen Aufbau 14 aus nicht-magnetischem Material

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zweckmäßigerweise einer Aluminiumlegierung, verbunden. Die benachbarten Teile des Fahrzeuges bestehen ebenfalls aus nieht-ferromagnetischem Material.

Um eine Berührung der aus Stahl bestehenden Polschuhe mit der Stahlschiene zu verhindern, können flache Streifen aus Lagerbronze an den Polschuhen befestigt werden, um Linear-Lager zu bilden, die zur Begrenzung des Steuerstrombereiches dienen.

Der Aufbau der Magnetschiene 4 mit einem Magnetkreis und zwei Steuerspulen 10, wie in Figur 2 dargestellt, ergibt beste Resultate für Systeme, die mit größeren Luftspalten arbeiten, jedoch können auch stattdessen Konstruktionen mit Doppelmagnetkreisen und einer zentralen Polplatte benutzt werden, die mit nur einer Spule bewickelt sind, wie dies in Figur 4 bis 6 der GB-PS 1 272 488 beschrieben ist« Diese Ausbildung bietet sich an, wenn mit kleinen Luftspalten gearbeitet wird. Eine solche Anordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur J> und 4 beschrieben, die ein System für mittlere oder geringe Geschwindigkeiten zeigen«

Die beiden magnetischen Führungsschienen 4 liegen benachbart zu den vertikalen Schenkeln der Schienen 2, und ihre Steuerspulen 10 sind in Reihe geschaltet, Jedoch im Gegensinn gewickelt, so daß der Gleichstrom die Anziehungskraft der einen Schiene verstärkt, und die Anziehungskraft der anderen gleichzeitig vermindert· Wenn das Fahrzeug in der Mitte relativ zur Schiene verläuft, fließt kein Steuerstrom, aber eine Abweichung nach beiden Seiten kann benutzt werden, um automatisch einen Steuerstrom anzuschalten, um geeignete Rüokstellkräfte zu erzeugen. Eine solche Schaltung kann durch Kontakte am Fahrzeug bewerkstelligt werden, die einen Stromkreis über die Schiene schließen. Die Rückstellkräfte sind genügend groß, um starken Seitenwinden zu widerstehen. Jedoch bieten Linearlager an den

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Polstücken zusätzlichen Schutz.

In gleicher Weise liegen die Steuerspulen 10 der beiden Magnetschienen 4 unter dem Horizontalschenkel der Schienen und liefern eine Hubkraft, und diese können automatisch mit einem geeigneten Gleichstrom gespeist werden, um den erforderlichen Luftspalt für eine freie Bewegung längs der Schiene aufrecht zu erhalten, und zwar entweder zusammen oder individuell und über Kontakte, die sich schließen und öffnen, wenn sich das Fahrzeug relativ zu der Schiene in Vertikalrichtung bewegt. Wenn der Luftspalt zu groß wird, kann die richtige Breite des Luftspaltes dadurch wieder hergestellt werden, daß zeitweise der Strom umgekehrt wird, der normalerweise benutzt wird, um das permanente Magnetfeld zu schwächen und ein weiterer Abfall des Fahrzeuges wird dadurch begrenzt, daß der Boden oder das Chassis in Berührung mit den Oberrändern der Schienen 2 über die Linearlager 16 gemäß Figur 2 gelangt. Auf diese Weise werden im umgesteuerten Zustand die Magnetschienen 4 des Fahrzeuges gegen die Schienen durch den Permanentmagneten festgehalten und diese zusätzlichen Vorkehrungen gegen Abfallen und Stromausfall bringen das Fahrzeug sieher mit einer annehmbaren Abbremsung zum Stillstand.

Zum Antrieb des Fahrzeuges kann irgend ein elektrischer Linear-Motor benutzt werden. Ein solcher Motor kann beispielsweise einen Energie verzehrenden oder aktiven Teil und einen passiven Teil aufweisen, wenn von der Permanenterregung mit den gleichen Ferrit-Magneten Gebrauch gemacht wird, die zur Aufhängung benutzt werden. Wenn der passive Teil längs des Fahrzeuges installiert ist, und der aktive Teil auf der Schiene können die notwendigen Antriebs- Bremskräfte von der Schiene auf die Fahrzeuge ohne Gleitberührung oder andere physikalische Verbindungen und demgemäß ohne Lärm und Abnützung übertragen werden. Die einzige Leistung, die dann für das Fahrzeug erforderlich ist, ist die für die Bedienung sowie Beleuchtung und Magnetsteuerung

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und dies kann leicht durch eine vom Fahrzeug getragene Batterie durchgeführt werden. Stattdessen kann diese Leistung auch von einer Schiene abgenommen werden, die genügend schmale Gleitkontakte besitzt, so daß Abnutzung und Lärm vernachlässigbar sind. Es können natürlich auch andere Antriebssysteme zum Vortrieb des Fahrzeuges benutzt werden.

Für Systeme mit kleiner Geschwindigkeit brauchen die Fahrzeuge nur eine Plattform aufzuweisen, jedoch können bei höheren Geschwindigkeiten die Fahrzeuge nach Art von Eisenbahnwagen mit Sitzen für Passagiere ausgebildet sein, oder es können leere Wagen sein, um Passagiere zu befördern, die in ihren Kraftfahrzeugen sitzen. Es können Züge Verwendung finden, die mehrere Fahrzeuge umfassen, wenn Hochgeschwindigkeitssysteme mit linearen Induktionsantriebsmotoren benutzt werden, wobei eine Reaktionsschiene zentral unter dem Fahrzeugboden über die gesamte Zuglänge angeordnet wird. Der aktive Teil kann dann intermittierend entlang der Schiene in Abständen angeordnet werden, die kleiner sind als die Zuglänge. Bei einer Hängebahn kann dieser Teil an der Oberseite eines Tragpfeilers so angeordnet werden, daß das Gewicht weder das Fahrzeug noch die gewichtsmäßig leichte Schiene beeinträchtigt. So können relativ lange Spannweiten der Hängebrückenbauart benutzt werden, die sehr wenig Boden benötigen, wenn sie von zylindrischen Türmen getragen werden. Systeme mit mittlerer Geschwindigkeit können auf einem tieferen Niveau installiert werden, und können beispielsweise mittels eines Gleichstromantriebs angetrieben werden, wobei ein Fahrer das Fahrzeug steuert und ein Linearantrieb von der Schiene zusätzlich erfolgen kann.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte System ist für mittlere und niedrige Geschwindigkeiten geeignet und weist eine Schiene auf, die aus zwei Doppel-T-Stahlprofilen 20 besteht, von denen nur eines dargestellt ist, und die in einem Abstand zueinander

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angeordnet sind, der im wesentlichen äquivalent dem Schienenabstand eines herkömmlichen Eisenbahngleises ist. Die Schienen haben jedoch ungefähr ein Fünftel der Höhe pro Längeneinheit der Schienen, die bei herkömmlichen Eisenbahngleisen benutzt werden.

Das bei diesem System benutzte Fahrzeug hat bezüglich der Anziehungskraft gesteuerte Magnetschienen 22 unter den nach unten weisenden Oberflächen der unteren Flansche der Schienen 20. Jede Magnetschiene 20 besitzt zwei langgestreckte parallele Magnete 24, die zwischen äußeren Polschuhen 26 in Gestalt langgestreckter paralleler Weicheisenplatten. Die Magnete 24 bestehen vorzugsweise aus einem Ferrit mit hoher Koerzitivkraft, z.B. "Feroba III" und haben die Gestalt von Blöcken, oder sie bestehen aus Ferritstreifen, die mit Plastik verbunden sind. Ein zentraler Polschuh 32, ebenfalls in Gestalt einer Weicheisenplatte, ist zwischen die Magnete 24 gefügt und erstreckt sich parallel zu den äußeren Polschuhen 26. Die Magnete 24 sind so angeordnet, daß in jeder Magnetschiene gleichnamige Pole benachbart zu dem zentralen Polschuh 32 liegen.

Die oberen Endabschnitte der Polschuhe 26, 32 erstrecken sieh über die obere Oberfläche der Magnete 24. Um den oberen Endabschnitt eines zentralen Jochs 32 ist eine Spule 34 angeordnet· Die Spule 34 ist mit einem nicht dargestellten Gleiohstromimpulsgenerat6r verbunden und der Gleichstrom fließt durch die Spule in einer Richtung, in der er die Flußdichte zu vermindern sucht und der Strom, der durch die Spule 34 in der umgekehrten Richtung fließt, bewirkt eine Erhöhung der Flußdichte.

Die äußeren Polschuhe 26 sind miteinander über ein Gehäuse 38 aus Aluminium oder einem anderen nicht f err omagneti sehen Material verbunden.

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Das mittlere Polstück 32 ist relativ zu den äußeren Polstücken 2.6 beweglich, so daß der obere Rand des mittleren Polstücks 32 gegenüber den oberen Rändern der äußeren Polstücke abgesenkt werden kann, wodurch der magnetische Fluß vermindert und demgemäß auch der durch die Magnetspule erzeugte Hub erniedrigt wird.

Die linearen Lager 39* die vorzugsweise aus poröser Bronze mit Selbstschmierung bestehen, sind an den Enden einer jeden Magnetschiene 22 so angeordnet, daß ein Luftspalt von etwa 1 mm zwischen den oberen Rändern der äußeren Polschuhe 26 und der unteren Oberfläche der Stahlschiene 20 verbleibt. Wenn das mittlere Polstück 32 in der obersten Stellung befindlich ist, dann beträgt der Hub etwa ein Drittel des Hubes der gesamten Einrichtung ohne Luftspalt. Der maximale Hub beträgt etwa eine Tonne/m pro Schiene und dieser Hub kann auf ein Zehntel vermindert werden, wenn das mittlere Polstück 32 in die unterste Stellung abgesenkt wird.

Bei diesem System mit geringer oder mittlerer Geschwindigkeit sind die auf das Fahrzeug einwirkenden seitlichen Kräfte klein im Vergleich mit den maximalen Hubkräften mit der Folge, daß die Magnetspule auch als Führung für das Fahrzeug wirkt. Auf diese Weise wird es unnötig, eine getrennte Magnetführungssohiene vorzusehen.

Bei einem System mit niedriger Geschwindigkeit, welches Plattform-Fahrzeuge aufweist, kann die von dem Fahrzeug getragene Last mehrfach das Gewicht des Fahrzeuges übersteigen, und diese Last kann beträchtlich schwanken, was zur Folge hat, daß eine konstante Einstellung des Hubes erforderlich ist, um der Last entgegenzuwirken. Eine solche Einstellung wird vorzugsweise automatisch dadurch bewirkt, daß das mittlere Polstück 32 bewegt wird, wie dies im folgenden beschrieben ist.

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Die magnetischen Schienen 82 sind auf einem Chassis 40 montiert, das über Druckfedern 41 eine Lastplattform 42 trägt. Der Abstand zwischen der Plattform 42 und dem Chassis 40 wird mit ansteigender Last vermindert. Ein nicht dargestelltes Gestänge wandelt die nach unten gerichtete Bewegung der Plattform 42 relativ zu dem Chassis 40 in eine entsprechende, nach oben gerichtete Bewegung einer Stange 44 um, die im Chassis 40 gelagert ist.

Die Stange ist mit zwei Hebeln 46 gelenkig verbunden, die je einen Nocken 48 tragen, der im Gehäuse 38 gelagert ist, und am unteren Rand des mittleren Polstücks 32 angreift. Die Bewegung der Stange 44 nach oben bewirkt eine gleichzeitige Drehung der Nocken 48 im Sinne eines Anhebens des mittleren Polstückes 32, so daß der von der Magnetspule erzeugte Hub vergrößert wird. Die Nocken 48 gewährleisten, daß der obere Rand des mittleren Polstückes 32 parallel zu den oberen Rändern der äußeren Polstücke 26 verbleibt.

Die obere Stellung des mittleren Polstücks zeigt die Stellung maximalen Hubes und ist in Figur 3 strichpunktiert dargestellt. Die freie Bewegung längs der Schiene hängt von der Genauigkeit des Ausgleichs zwischen den Hubkräften und der Last ab, aber eine resultierende, nach oben gerichtete Kraft ist vorzugsweise in einer solchen Größenordnung gewählt, daß die Lager der Magnetschiene in geringer physikalischer Berührung mit der Unterfläche des unteren Flansches der Schiene 20 stehen.

Das Chassis 40 trägt zwei T-förmige Bronzeschienen 50, die jeweils über der oberen Oberfläche des unteren Flansches jeder Schiene 20 liegen. Der vertikale Schenkel jeder Schiene 50 ist nach unten auf dem unteren Flansch der Schiene 20 hin gerichtet, und ein Gummi oder ein anderer elastischer Streifen 52 ist arischen das Kreuzstück der Schiene 50 und die Unterseite des Chassis gefügt. Wenn bei einer Überbelastung oder einer Unregelmäßigkeit

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einer Unregelmäßigkeit in der Schiene das Fahrzeug abfällt, dann kommen die Schienen 50 mit den Schienen 20 in Berührung. Durch weitere Aufwärtsbewegung des mittleren Polstücks 32 kann dann wieder eine Huberhöhung erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch der Hub dadurch vergrößert, daß ein Gleichstromimpuls geeigneter Amplitude durch die Spule 34 in einem solchen Sinne geschickt wird, daß die Plußdichte vergrößert wird. Der Strom kann von einer Batterie geliefert werden, die vom Fahrzeug getragen wird, und die Anschaltung kann automatisch immer dann geschehen, wenn die Schienen 50 die Schienen 20 berühren.

Das in Figur 5 dargestellte System ist ein Einschienensystem. Die Schiene 52 hat ein Doppel-T-Profil und wird durch vertikale Drahtseile 54 von einem nicht dargestellten Kettensystem getragen. Die Ketten werden von Türmen getragen, die in Abständen längs der Schiene angeordnet sind, und an jedem Turm ist eine seitliche Abstützung für die Schiene vorgesehen. Das Einschienenfahrzeug wird von der Schiene durch eine Aufhängung 54 getragen, die einen Rahmen 55 umfaßt, der eine Magnetschiene 56 trägt, die ähnlich ausgebildet ist wie die Schiene 22 gemäß Figur 3 und 4. Das zentrale Polstück 58 der Schiene 56 wird durch eine Nockenhebelanordnung in gleicher Weise bewegt, wie bei den Figuren 3 und 4, wodurch der von der Schiene 56 erzeugte Hub von der Last abhängig ist, die von dem Fahrzeug getragen wird. Gemäß dem dargestellten Ausführungs beispiel ist keine Spule auf dem mittleren Polstück 58 angeordnet, jedoch kann eine solche Spule natürlich erforderlichenfalls vorgesehen werden.

Der Rahmen 55 trägt auch zwei Räder 60, die über der oberen Oberfläche des unteren Flansches der Schiene 52 liegen, und normalerweise außer Berührung mit der Schiene 52 stehen. In einem Notfall Jedoch können die Räder 60 die Schiene 52 berühren, und eine Last tragen, die äquivalent der Differenz zwischen dem Fahrzeuggewicht und dem von der Magnetschiene 56 erzeugten Hub ist.

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Vorzugsweise bestehen die Räder βθ aus Nylon.

Der Antrieb des Fahrzeugs kann durch einen Elektromotor erfolgen, der ein mit Gummi oder einem anderen geeigneten Material überzogenes Rad antreibt, das an der oberen Oberfläche des unteren Flansches der Schiene 52 angreift. Stromversorgungskabel und Signalkabel können längs der Oberseite der Schiene installiert werden und Gleitkontakte, die vom Rahmen 55 getragen werden, können Leiterstreifen berühren, die von der unteren Oberfläche des oberen Flansches der Schiene 52 vorstehen.

Die Magnetschiene 56 liefert über die Breite der Schiene 52 eine Magnetkraft, wodurch eine seitliche Stabilisierung des Fahrzeuges bewirkt wird.

Falls erforderlich, kann eine seitliche Führung zusätzlich für das Fahrzeug vorgesehen werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen bestehen die Magnetschienen vorzugsweise aus Ferrit-Magneten. Vorzugsweise wird das Ferrit wegen seiner hohen Koerzitivkraft benutzt, und hierbei bevorzugt ein anisotropes Barium/Strontium-Ferrit. Es können jedoch auch Magnete aus seltenen Erden und Kobalt benutzt werden, und andere Permanentmagnete hoher Koerzitivkraft, die eine im wesentlichen lineare Entmagnetisierungskurve besitzen.

Im Gegensatz zu allen mit Elektromagneten arbeitenden Schwebesystemen, die mit zusätzlichen Sioherheitsausrüstungen ausgestattet werden müssen, um im Falle eines Spannungsausfalles wirksam werden zu können, stellt das erfindungsgemäße System ein Sicherheitsfahrzeugsystem dar, das normalerweise nicht auf die Schienen aufsetzen kann. Die Wartung ist einfacher, da keine großen bewegten Teile vorhanden sind, und es ist eine einfache Gleichstromsteuerung ausreichend.

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Die beschriebenen Systeme sind als Hängebahnen geeignet, die über Städten und anderen verkehrsreichen Flächen benutzt werden können. Die Schiene besitzt eine offene Konstruktion, beeinträchtigt nicht das Tageslicht und ist genügend leichtgewichtig, um eine Installation über hohen Gebäuden bei relativ niedrigen Kosten zu gewährleisten.

Die beschriebenen Systeme sind vorteilhaft gegenüber den bekannten Systemen, die die Abstoßung ausnutzen, weil bei dem erfindungsgemäßen System keine Notwendigkeit besteht, Permanentmagnete längs der gesamten Schienenlänge vorzusehen^ und es kann ein begrenzter Anteil von Gleiehstromenergie benutzt werden, um ein freies Schweben des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten, ohne daß es notwendig t?äre, eine körperliche Berührung mit der Schiene aufrecht zu erhalten,, was bisher zum Zwecke der Führung unerläßlich war.

Die bisher vorgeschlagenen* mit Kraftantrieb arbeitenden Schwebesystemen, die für relativ höh© Geschwindigkeiten ausgelegt waren, leiten unter dem großen Nachteil, daß eine ober© Grenzgeschwindigkeit für die Falirzeuge im Bereich von etwa 300 km/h auftritt, weil große Leistungen von der Schiene durch Schleifkontakte übertragen werden mussenα Sine solche Geschwindigkeitsbegrenzung fällt bei dem System nach Figur 1 und 2 weg. In dem feste lineare Induktionsmotoren installiert werden, die im Abstand einer Zuglänge über die Schiene angeordnet sind, liegt die Arbeitszeit pro Zug bei etwa einer Sekunde, so daß die Konstruktion auf der Impulstechnik arbeiten kann, wobei hohe Energie-Intensitäten in kompakten Baueinheiten untergebracht werden können. Es ist außerdem relativ einfach, eine Dreiphasenanordnung bei höheren Frequenzen zu benutzen, um die erforderlichen Leistungen verarbeiten zu können^ die zum Vorschub des Fahrzeugs bei sehr hoher Geschwindigkeit erforderlich sind. In diesen Fällen muß die Schiene geradlinig in einer Höhenlage verlaufen, und dies kann mit Leichtgewichtschienen erreicht werden, die in einer

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beträchtlichen Höhe installiert sind und daher durch die Bodenkontur und Gestalt nicht beeinträchtigt werden. Aus diesem Grunde ist es wirtschaftlich, eine Schiene für jede Route bei einem automatischen Pendelverkehrsystem vorzusehen.

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Claims

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1. Schienenfahrzeug-System mit einer Schiene, die eine nach unten weisende Oberfläche aus magnetischem Werkstoff aufweist, und mit einem Fahrzeug, welches längs der Schiene beweglich ist und eine magnetische Unterstützung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Unterstützung einen Permanentmagneten aufweist und so angeordnet ist, daß eine magnetische Anziehung nach oben nach der Oberfläche der Schiene durch den Magnetfluß bewirkt wird, wobei das Gewicht des Fahrzeuges wenigstens teilweise durch die Magnetkräfte zwischen Magnet und Schiene ausgeglichen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, die den Magnetfluß steuern, ohne dauerhaft die Magnetkraft des Magneten zu vermindern, wodurch die magnetische Anziehungskraft gesteuert wird.

2. Schienenfahrzeug insbesondere nach Anspruch 1,

mit einer Schiene aus Magnetmaterial, die eine nach unten weisende Oberfläche aufweist, und mit einem längs der Schiene bewegbaren Fahrzeug, welches eine magnetische Unterstützung aufweist, die das Fahrzeug relativ zu der Schiene mit einer Kraft trägt, die im wesentlichen gleich dem Gewicht des Fahrzeuges ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Unterstützungssystem wenigstens einen Permanentmagneten umfaßt, dessen Polschuhe so gegenüber jedem Magnet angeordnet sind, daß ein Magnet* kreis zwischen dem Magneten und der Oberfläche der Schiene über die Polstücke geschlossen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, um betriebsmäßig den Fluß in dem Magnetkreis zu ändern, ohne dauerhaft die Magnet-

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kraft des Magneten zu vermindern, wobei die Polschuhe unter der Oberfläche der Schiene so angeordnet sind, daß das Unterstützungssystem magnetisch nach oben nach der Oberfläche angezogen wird.

3. Schienenfanrseug-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Mittel sur Veränderung des magnetischen Flusses aus einer Spule bestehen« die um wenigstens einen der Polschuhe herum angeordnet ist·

k, Schienenfahrzeug-System nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Unterstütsungs-System einen zweiten Magneten aufweist, und daß die Magnete im seitlichen Abstand am "Fahrzeug angeordnet sind* und mit je einer von zwei im Abstand zueinander angeordneten Schienen zusammenwirken.

5. Schienenfahrzeug-System insbesondere nach Anspruch 1, mit einer Schieae aus Magnetmaterial, welche eine nach unten weisende Oberfläche besitzt, und mit einem längs der Schiene beweglichen Fahrzeug, welches eine magnetische Unterstützung aufweist, um es relativ zu der Schiene mit einer Kraft anzuheben, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Unterstützung wenigstens einen Permanentmagneten umfaßt_ΰ daß Polsehuhe mit parallelen·, geradlinig verlaufenden oberen Rändern vorgesehen sind, die parallel au den nach unten xveisenden Oberfläehen der Schiene unter dieses? liegen, und daß die Polsehuhe so gegenüber jedem Magneten angeordnet sind, daß ein Magnetkreis zwischen jedem Magneten und der nach unten geriets-

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teten Oberfläche der Schiene über die zugeordneten Polschuhe erfolgen kann, und daß Mittel vorgesehen sind, um den magnetischen Fluß in dem Kreis zu ändern« ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten zu reduzieren, so daß die durch jeden Magneten erzeugte Hubkraft gesteuert werden kann.

6. Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verminderung des Magnetflusses in dem Kreis eine Spule aufweisen, die um wenigstens einen Schenkel der Polsohuhe herumgewickelt ist, und daß das Fahrzeug weiter Mittel aufweist, die auf Änderungen des Abstandes zwischen den oberen Rändern der Polschuhe und der Oberfläche der Schiene ansprechen,

7. Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Mittel zur Verminderung des Magnetflusses in dem Kreis einen der Polstücke bzw. Schenkel des Magneten relativ zu den anderen Polsohuhen verschieben.

8. Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen der Polsohuhe bewegen, auf das Gewicht des Fahrzeuges ansprechen.

9» Schienenfahrzeug-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug außerdem wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, der mit einer vertikalen Oberfläche der Schiene zusammenwirkt, um eine seitliche Führung für das Fahrzeug zu liefern.

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10. Schienenfahrzeug-System, insbesondere nach Anspruch 1, mit einer Schiene, die eine nach unten weisende Oberfläche aus magnetischem Material aufweist, und mit einem längs der Schiene beweglichen Fahrzeug, das ein magnetisches Unterstützungssystem besitzt, um das Fahrzeug relativ zur Schiene mit einer Kraft anzuheben, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterstützungs-System einen Permanentmagneten hoher Koerzitivkraft aufweist, der eine im wesentlichen lineare Entmagnetisierungskurve besitzt, daß das magnetische Unterstütsungs-System mit der Oberfläche der Schiene zusammenwirkt, so daß das Äufhängesystem nach oben nach der Oberfläche durch den FIuB des Magneten angezogen wird, und das Mittel vorgesehen sind, um den Magnetfluß zu ändern*, ohne dauerhaft die Magnetstärke des Magneten su vermindsra, wodurch eine Steuerung der Hubkraft bewirkt wird«

11. Sehienenf&ärzsug-System nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,, daß die Sohiene eine zweite nach unten weisende Oberfläche aufweist, die im seitlichen Abstand zu der ersten Oberfläche liegt, und daß das Fahrzeug einen zweiten Magneten aufweist, wobei jeder Magnet einer dieser Oberflächen zugeordnet ist.

12. Schienenfahrzeug-System nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene ©ine vertikale Oberfläche aus magnetischem Material aufweist, und das Fahrzeug einen weiteren Permanentmagneten aus einem Magnetmaterial hoher Koerzitivkraft aufweist,, das eine im wesentlichen lineare Entmagnetisierungskurve besitzt., und daß dieser Magnet der vertikalen

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Oberfläche der Schiene zugeordnet ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um den Magnetfluß des letztgenannten Magneten zu steuern.

13. Schienenfahrzeug-System, insbesondere nach Anspruch 1, mit einer Schiene aus Magnetmaterial, welche eine nach unten weisende Oberfläche besitzt, und mit einem längs der Schiene beweglichen Fahrzeug, das eine magnetische Unterstützung aufweist, um das Fahrzeug relativ zur Schiene anzuheben,

dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Unterstützung wenigstens einen Permanentmagneten umfaßt, dessen Polstücke so gegenüber Jedem Magneten angeordnet sind, daß ein Magnetkreis zwischen dem Magnet und der Oberfläche der Schiene über die Polstücke gebildet wird, die unter der Oberfläche der Schiene liegen, wodurch das Unterstützungs-System magnetisch nach oben nach der Oberfläche hin angezogen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, um eines der Polstücke relativ zu den anderen Polstücken vertikal so zu verschieben, daß der Magnetfluß in der Schaltung geändert werden kann, wodurch die Hubkraft des Unterstützungs-Systems einstellbar isc.

14. Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß das magnetische Aufhängesystem zwei Permanentmagnete aufweist, die im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei gleichnamige Pole benachbart zueinander liegen, daß die Magnete zwischen zwei solchen Polstücken angeordnet sind, und daß ein drittes Polstück zwischen den im Abstand zueinander angeordneten Permanentmagneten liegt, und daß die Einrichtung zur Vertikalbewegung eines der Polstücke relativ zu dem anderen so angeordnet ist, daß eine relative Vertikalbewegung zwischen den zwei Polschuhen und dem dritten Polschuh zustande kommt. 709842/0167

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15· Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 14, dadurch gekennseic h η e t, daß das Polpaar des Magneten fest angeordnet ist, und daß der dritte Schenkel bzw. das dritte Polstück in Vertikalrichtung beweglich ist.

16. Schienenfahrzeug-System nach Anspruch 14 oder 15* dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule um das dritte Polstück gewickelt ist, die erregt werden kann, um den Fluß in dem dritten Polstück zu vermindern, ohne dauerhaft die Magnetkraft der Magnete zu vermindern.

17. Schienenfahrzeug, insbesondere nach Anspruch I₉

zur Bewegung längs einer Schiene mit einer nach unten weisenden Oberfläche aus Magnetmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein magnetisches Aufhängesystem mit einem Permanentmagneten aufweist, daß das Unterstützungs-System eine nach oben weisende Magnetfluß führende Oberfläche besitzt, die im Betrieb des Fahrzeuges unter der Oberfläche der Schiene liegt, wodurch das Unterstützungs-System magnetisch nach oben nach der Oberfläche der Schiene hin angezogen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, um den Magnetfluß zu steuern, ohne dauerhaft die Magnetkraft des Magneten zu beeinträchtigen, so daß eine Steuerung der Hubkraft bewirkt wird.

18. Fahrzeug nach Anspruoh VJ_s
dadurch gekennzeichnet, daß die Fluß führende Oberfläche des unterStützungs-Systems durch zwei gerade obsre Ränder von Polsehuhen, gebildet wird, die dem Magneten zugeordnet sind.

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19. Fahrzeug nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung des Flusses eine Spule aufweisen, die um wenigstens eines der Pelstücke herumgewickelt ist.

20. Fahrzeug nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung des Flusses eines der Polstücke relativ zu dem anderen Polstück vertikal verschieben.

21. Fahrzeug, insbesondere nach Anspruch If,

zur Bewegung längs einer Schiene, die eine nach unten weisende Oberfläche aus magnetischem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine magnetische Unterstützung aufweist, die aus wenigstens einem Permanentmagneten besteht, dessen Polschuhe obere Ränder aufweisen, die im Betrieb unter der Oberfläche der Schiene liegen, so daß ein Magnetkreis zwischen Magnet und Oberfläche der Schiene über die Polschuhe erzeugt wird, und das ünterstützungssystem nach oben nach der Oberfläche der Schiene angezogen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, um eines der Polstücke relativ zu dem anderen zu verschieben, um den Magnetfluß in dem Magnetkreis zwecks Steuerung der Hubkraft zu ändern.

22. Fahrzeug nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Unterstützungs-System zwei Permanentmagnete aufweist, die im Abstand zueinander mit gleichen Polen benachbart zueinander liegend angeordnet sind, daß die Magnete zwischen zwei Polschuhen angeordnet sind, und

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daß ein drittes Polstück zwischen die beiden im Abstand zueinander liegenden Permanentmagnete gefügt ist, und daß die Mittel zur Vertikalbewegung eines der Polstücke relativ zueinander so angeordnet sind, daß eine relative Vertikalbewegung zwischen den Polstücken und dem dritten Polstück bewirkt wird.

23. Fahrzeug nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, das das Polpaar fest ist und daß das dritte Polstück vertikal beweglich ist.

24. Fahrzeug nach den Ansprüchen 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polstück die Gestalt einer langgestreckten Platte besitzt und daß die Magnete parallel zueinander angeordnet sind«

25. Fahrzeug nach den Ansprüchen 22 bis 24_S dadurch gekennzeichnet» daß eine Spule um das dritte Polstück gewickelt ist, die erregbar ist, um den FIuB in dem Kreis zu vermindern, ohne dauerhaft die Magnetkraft der Permanentmagnete zu schwächen.

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