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System zum berührungsfreien Tragen und Führen
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eines Magnetschwebefahrzeugs Die Erfindung bezieht sich auf ein System
der im Oberbegriff des 4nspruchs 1 näher bezeichneten Art Ein derartiges System
ist allgemein bekannt.
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Bei dem bekannten "Transrapid"-IvIagnetschwebefahrzeug von Krauss-Maffei
sind zum Tragen und/oder Führen des Schwebefahrzeugs zwei parallele, in Pahrzeuglängsrichtung
verlaufende Reihen von Elektromagneten starr an der Fahrzeugunterseite befestigt.
Die Elektromagneten jeder Magnetreihe stehen mit ihren Polflächen einer zugeordneten
fahrbahnseitigen Ankerschiene unter Ausbildung eines Luftspalts gegenüber, welche
ein U-förmiges QuerschnittsProfil und daher zwei diskrete, in Schienenlängsrichtung
verlaufende Polflächen aufweist. Es handelt sich hier um ein kombiniertes Trag-
und Pührungssystem, bei dem durch einen installierten Versatz der Magneten innerhalb
jeder Magnetreihe Führkräfte durch unterschiedliche Ansteuerung der rechts und links
versetzten Magnete erzeugt werden können.
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Bei einem weiteren, von Prof . Dr. Weh an der Technischen Universität
Braunschweig entwickelten System zum kombinierten Tragen,
Führen
und Antreiben eines I!rTsagnetschwebefahrzeugs sind an der Fahrbahn zwei parallele,
in Fahrbahnlängsrichtung verlaufende Reihen von Langstatormagneten unter einem Wirncel
von 45 bezüglich der Vertikalen verlegt. Jede Reihe von Langstatormagneten steht
mit ihren Polflächen den Polflächen jeweils einer fahrzeugse itigen Reihe von Elektromagneten
unter ausbildung von Luft spalten gegenüber. Die Langstatormagnete umfassen quer
zur Fahrtrichtung durch geblechte Kerne hindurchgeschleifte Drehstromwicklungen.
Eine Vielzahl von hintereinander liegenden Langstatormagneten bildet jeweils einen
Blockabschnitt von z.B. 1 bis 2 km Länge, der getrennt von den davor und dahinter
liegenden Blockabschnitten mit Drehstrom gespeist werden kann.
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Die Drehstromeinspeisung erfolgt seauentiell in aufeinander folgende
Blockabschnitte synchron zur Vorwärtsbewegung des Sahrzeugs. Die fahrzeugseitigen
Elektromagneten sind gleichstromgespeist und besitzen ebenfalls Wicklungen, die
quer zur Fahrtrichtung durch geblechte Kerne hindurchgeschleift sind. Der Magnet
fluß verläuft innerhalb der geblechten Kerne in Xahrtrichtung und innerhalb der
Luft spalte senkrecht zur Fahrtrichtung in einem Winkel von 450 bezüglich der Vertikalen,
wodurch Kräfte in allen drei RauSçoordinatenrichtungen, d.h., Antriebs-, Trag- und
Führungskräfte, erzeugt werden.
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Die Erzeugung der Führkräfte ist bei dem erstgenannten System ("Transrapid")
insofern problematisch, als bei großen benötigten Führkräften die links und rechts
versetzten Magneten jeder Magnetreihe stark unterschiedliche Lasten tragen, wodurch
im Extremfall die Tragkräfte nur von der Hälfte der Magneten aufzubringen
sind
und somit die Gefahr einer Magnetüberlastung besteht.
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Dieser Gefahr wird bei einem älteren Vorschlag nach der Patentanmeldung
P.28.03.106.3 (TF 573) dadurch begegnet, daß alle LsIag neten einer Reihe ohne seitlichen
Versatz längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, die in der Ruhelage des Fahrzeugs
im allgemeinen in der Symmetrieebene der zugeordneten Ankerschiene liegt. Ein solches
System erzeugt bei seitlichen Auslenkungen aus der Ruhelage Rückstellkräfte, die
das Fahrzeug in Seitenrichtung zentrieren, wobei alle Magneten gleichermaßen zur
Zentrierung beitragen. Bei diesem System besteht in gleicher eise wie bei dem System
nach Prof0 DrO Weh die Gefahr9 daß bei seitlichem Versatz der im magnetischen Eingriff
stehenden Polflächen infolge von Pahrzeugauslenkungen diejenigen Teile der Polflächen,
die sich noch gegenüberstehen, auf Grund der dort vorhandenen Feldkonzentration
in die magnetische Sättigung gehen Hierdurch müssen im Palle eines seitlichen Polflächenversatzes
die Magnet erregerströme wesentlich gegenüber der Ruhelage des Fahrzeugs erhöht
werden, was eine stark ansteigende thermische Belastung der Magneten zur Folge hat.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin9 ein System der
eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß die Magneterregerströme bei
seitlichem Polflächenversatz den Magneterregerströmen in der Ruhelage des Fahrzeugs
ungefähr entsprechen und damit eine gleichbleibende niedrige thermische Belastung
der
Magneten erzielt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Iferkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Systems nach Anspruch 1 ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Der rfindungsgedanke besteht darin, durch eine zylindrisch gekrümmte
bzw. ballige Ausbildung der fahrbahnseitigen und fahrzeugseitigen Polflächen Peldkonzentrationen
in den Luftspalten bei seitlichem Versatz von magnetisch im Eingriff stehenden Polflächen
zu vermeiden, wodurch sich Sättigungserscheinungen an Polflächenabschnitten und
damit erhöhte Erregerströme und ansteigende thermische Belastungen vermeiden lassen.
Dieser Erfindungsgedanke ist gleichermaßen anwendbar auf Systeme mit elektrisch
passiven (Magnetankerschienen) oder aktiven (Langstatormagnete) fahrbahnseitigen
Magneteinrichtungen entsprechend dem eingangs dargelegten Stand der Technik.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems
mit elektrisch passiver fahrbahnseitiger Magneteinrichtung, Fig. 2 einen Schnitt
durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit elektrisch
aktiver
fallrbahnseitiger Xagneteinrichtungs und Fig. 3 eine schematische
nsicht von Teilen zweier seitlich versetzter Lgneteinrichtungen der Systeme nach
Fig. 1 oder 2.
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Das in Fig. 1 ausschnittweise dargestellte System ist ein kombiniertes
Trag- und Führungssystem der Bauart Krauss-Maffei und für jede Fahrbahnlängsseite
eine elektrisch passive9 Magnetankerschiene 1, die an einer nur bruchstückhaft angedeuteten
Fahrbahn 3 angebracht ist. Der Schiene 1 steht im Abstand unter Ausbildung von Luftspalten
16 eine Reihe von hintereinander angeordneten Elektromagneten 2 gegenüber, die an
der Längsseite eines nur bruchstückhaft angedeuteten Pahrzeugs 4 angebracht ist0
Die Elektromagneten 2 der Reihe sind längs einer gemeinsamen, senkrecht zur Zeichenebene
verlaufenden Achse ohne seitlichen Versatz angeordnet. Diese gemeinsame Achse liegt
in der Ruhelage des Fahrzeugs 4 in der Symmetrieebene der Schiene 1.
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Die Magnetankerschiene 1 ist im dargestellten Beispielsfall U-förmig
ausgebildet und besteht aus einem Joch 14 und zwei Seitenschenkeln 5, 6. In entsprechender
Weise umfaßt der Elektromagnet 2 einen U-förmigen Eisenkern mit Seitenschenkeln
7, 8 und einem Joch 18, welches eine Gleichstromwicklung 13 trägt.
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Erfindungsgemäß sind die Polflächen 9, 10 der Schienenschenkel 5 bzw.
6 und die Polflächen 11, 12 der Kernschenkel 7 bzw. 8 ballig bzw. zylindrisch gekrümmt
ausgebildet, wobei die Polflächen 9 und 10 in der Ruhelage des Pahrzeugs 4 spiegelsymmetrisch
zu
den Polflächen 11 und 12 verlaufen. Die zylindrische Krttmmung der Polflächen 9
bis 12 kann .13. kreisförmig, elliptisch, Hyperbolisch oder parabolisch sein, je
nach dem, bei welcher maximaler Auslenkung des I;Iagneten 2 bezüglich der Schiene
1 eine möglich geringere Peldinhomogenität des elektromagnetischen Peldes in den
Luftspalten 16 zwischen zugeordneten Polflächen 9 und 11 bzw. 10 und 12 auftritt.
Ein beispielhafter Verlauf des elektromagnetischen Feldes im Luftspalt 16 zwischen
den Polflächen 10 und 12 hi einem seitlichen Versatz der Schenkel 6 und 8 ist in
Fig. 3 veranschaulicht. Wie man hieraus erkennt, verohne wesentliche Konzentration,
läuft das elektromagnetische Feld/
wodurch eine unerwünschte Sättigung von Abschnitten der Polflächen 9 bis 12 vermieden
wird.
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Zur Lageregelung des Magnetschwebefahrzeugs 4 wird entweder der magnetische
Widerstand des Magnetkreises 7, 18, 8, 16, 6, 14, 5, 16 (Fig. 1) oder (im Palle
einer kreisförmigen Krümmung der Polflächen 9 bis 12) der in Fig. 3 gestrichelt
eingezeichnete Abstand D zwischen den Zylinderachsen 19, 20 der Polflächenkrümmungen
als Referenzgröße verwendet. Im Falle einer Verwendung des magnetischen Widerstandes
der Referenzgröße kann auf Sonden zur Messung der Weite der Luftspalte 16 verzichtet
werden.
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Die ballige Ausbildung der Polflächen läßt sich in gleicher Weise
auch bei einem kombinierten Trag-, Bührungs- und Antriebssystem der Bauart Prof
. Dr. Weh gemäß Fig. 2 anwenden. Die mit einzelnen Bauteilen des Systems nach Pig.
1 funktionsmäßig
übereinstimmenden Teile des Systems nach Fig.
2 sind mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch unter Anfügung des Buchstabens a versehen.
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Das ausschnittsweise in Fig. 2 dargestellte System umfaßt für jede
Fahrbahnlängsseite eine elektrisch aktive IvIagneteinrichtung in Form zweier paralleler
Reihen von Langstatormagneten 1a, die an einer nur bruchstückhaft angedeuteten Fahrbahn
3a angebracht sind. Nebeneinander angeordnete Langstatormagneten 1a der einen Reihe
besitzen ein Kernblechpaket 5a, während die Langstatormagneten 1a der anderen Reihe
ein Kernblechpaket 6a besitzen. Die Kernblechpakete 5a, 6a von nebeneinander angeordneten
Langstatormagneten 1a sind über ein geblechtes Joch 14a magnetisch und ggf. mechanisch
verbunden, Die Blechungsrichtung der Pakete 5a, 6a und des Jochs 14a ist in Fig.
2a durch entsprechende Schraffur angedeutet. Zur weiteren mechanischen Verbindung
der Blechpakete 5a, 6a ist zwischen diesen ein unmagnetischer, elektrisch isolierender
Füllkörper 17 eingefügt.
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Durch die Blechpakete 5a, 6a und den Füllkörper 17 ist eine für jeweils
zwei nebeneinander angeordnete Langstatormagneten 1a gemeinsame Drehstromwicklung
15 hindurchgeschleiftO Die beiden parallelen Reihen mit den dargestellten Langstatormagneten
1a verlaufen mit ihren Achsen senkrecht zur Zeichenebene. Eine Vielzahl von hintereinander
liegenden Langstatormagneten 1a beider Reihen bildet einen Blockabschnitt, der getrennt
von den davor und dahinter liegenden Blockabsohnitten
mit Drehstrom
gespeist werden kann.
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Den Langstatormagneten 1a liegen im abstand unter Ausbildungen von
Luftspalten 16a zwei Gleichstrommagneten 2a gegenüber, die an einer Längsseite eines
nur bruchstückhaft angedeuteten Fahrzeugt 4a angebracht ist. Jeder Gleichstrommagnet
2a ist Bestandteil einer Reihe von gleichartigen Gleichstrommagneten, die Längs
einer gemeinsamen, senkrecht zur Zeichenebene verlaufen den Achse angeordnet sind.
Die Gleichstrommagneten 2a der einen Reihe besitzen einen geblechten Kern 7a, während
die Gleichstrommagneten 2a der anderen Reihe einen geblechten Kern 8a besitzen.
Die Kerne 7a, 8a von nebeneinander angeordneten Magneten 2a sind über ein geblechtes
Joch 18a magnetisch und mechanisch verbunden. Ferner kann zwischen benachbarten
Kernen 7a, 8a ein nicht dargestellter Füllkörper aus unmagnetisch, elektrisch isoliertem
Material eingefügt werden. Die durch entsprechende Schraffur in Fig. 2 angedeutete
Blechungsrichtung der Kerne 7a, 8a und des Jochs 18a entspricht der Blechungsrichtung
der Blechpakete 5a, 6a bzw. des Jochs 14a der Langstatormagneten 1a.
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Durch die Kerne 7a, 8a ist eine für jeweils zwei nebeneinander angeordnete
Magneten 2a gemeinsame Gleichstromwicklung 13a in der dargestellten eise auer zur
Fahrtrichtung des Fahrzeugs 4a hindurchgeschleift.
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Erfindungsgemäß sind die Polflächen 9a, 10a der Blechpakete 5a bzw.
6a und die Polflächen 11a, 12a der Kerne 7a bzv. 8a zylindrisch gekrümmt ausgebildet.
Für diese zylindrischen xrümmungen
gelten die gleichen Überlegungen
wie für die zylindrischen Krümmungen der Polflächen 9 bis 12 gemäß Fig. 1.
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