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Mindestens teilweise magnetisch arbeitendes System zum Halten
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eines Fahrzeugs gegenüber einem Fahrweg Die Erfindung bezieht sich
auf ein mindestens teilweise magnetisch arbeitendes System zum Halten eines Fahrzeugs
mit Hilfe einer anziehenden magnetischen Einrichtung, die einen am Fahrweg angebrachten
ersten Teil und einen dem ersten Teil unter Freilassung eines Spalts gegenüberliegenden
zweiten Teil aufweist.
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Die Erfindung kann als Weiterbildung der in der deutschen Patentanmeldung
P 27 11 994.4 niedergelegten Erfindung angesehen werden.
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Ein mit anziehenden Magnetkräften arbeitendes System ist an sich instabil:
In einem angenommenen Zustand 1 ist beispielsweise bei gegebener Spaltweite die
von der magnetischen Einrichtung gelieferte Magnethaltekraft gerade so groß, daß
sie mit äußeren, auf das Fahrzeug wirkenden Kräften im Gleichgewicht steht; ändern
sich nun die äußeren, auf das Fahrzeug wirkenden Rräfte (Zustand 2), dann ist die
von der magnetischen Einrichtung gelieferte Magnethaltekraft entweder zu groß oder
zu klein, so daß es zu einer Aufhebung
des Spaltes oder zu einer
ungehinderten Vergrößerung des Spaltes kommen könnte. Aus diesem Grund ist eine
zwischen dem Fahrweg und dem Fahrzeug wirkende Zusatzkrafteinrichtung vorgesehen,
die jeweils die erforderliche Kraftdifferenz zwischen der Magnethaltekraft der magnetischen
Einrichtung und der infolge der äußeren Belastung insgesamt erforderlichen Haltekraft
liefert. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem ersten Teil und dem zweiten
Teil der magnetischen Einrichtung auf einer bestimmten Größe oder in einem bestimmten
Größenbereich gehalten.
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Als Zusatzkrafteinrichtung sind Räder und/oder, insbesondere in ihrer
Magnetkraft änderbare, Elektromagnete bevorzugt. Man kann jedoch beispielsweise
auch abstoßende Dauermagnete, Luftkissen, Gleiteinrichtungen, elektrodynamische
Abstoßungn und dergleichen vorsehen. Die von der Zusatzkrafteinrichtung gelieferten
Kräfte können so gerichtet sein, daß sie die anziehenden rlagnetkräfte unterstützen,
diesen entgegenwirken oder in beiden vorgenannten Richtungen wirken. Im Fal von
Rädern als Zusatzkrafteinrichtung beispielsweise kann die Wirkung in beiden Richtungen
durch zwei Abrollflächen an entgegengesetzten Seiten der Räder oder durch Räder,
die sich an einer Schiene in einer Richtung abstützen, in Verbindung mit Rädern,
die sich an derselben oder einer anderen Schiene in der anderen Richtung abstützen,
verwirklicht werden.
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Ber der Erfindung wird unter "alten des Fahrezeugs gegenüber dem Fahrweg"
im wesentlichen vertikales Halten gegenüber im wesentlichen vertikal wirkenden Kräften,
beispielsweise Fahrzeuggewicht einschließlich Zuladung, Trägheitskräfte, Störkräfte,
und/oder im wesentlichen horizontales Halten gegen im wesentlichen horizontal wirkende
Kräfte, beispielsweise Trägheitskräfte bei Kurvenfahrt, Windkräfte, andere Störkräfte,
und/oder Halten gegen irgendwelchen anderen Kräften verstanden, die das Fahrzeug
aus der beabsichtigten Relativlage zum Fahrweg bringen könnten. Das "Halten des
Fahrzeugs gegenüber dem Fahrweg" soll so erfolgen, daß die Spaltweite zwischen dem
ersten Teil und dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung innerhalb eines bestimmten
Bereichs bleibt.
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Wenn die auf das Fahrzeug wirkenden äußeren Kräfte sich in ihrer Größe
sehr stark ändern können, beispielsweise beim Ubergang vom unbeladenen Fahrzeug
zum voll beladenen Fahrzeug, ist es günstig, die Spaltweite zwischen dem ersten
Teil und dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung den jeweiligen äußeren Kräften
bzw. der jeweils erforderlichen Gesamthaltekraft anzupassen, damit von der Zusatzkrafteinrichtung
nur eine möglichst geringe Zusatzkraft geliefert werden muß. Bei größeren äußeren
Kräften wird man also bestrebt sein, die Spaltweite zu verringern, während bei kleineren
äußeren Kräften eine Vergrößerung der Spaltweite günstig ist.
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Nach der Erfindung ist ein mindestens teilweise magnetisch arbeitendes
System vorgesehen zum Halten eines Fahrzeugs gegenüber einem Fahrweg mit Hilfe einer
anziehenden magnetischen Einrichtung, die einen am Fahrweg angebrachten ersten Teil
und einen dem ersten Teil unter freilassung eines Spalts gegenüberliegenden zweiten
Teil aufweist, der an einem über eine Federeinrichtung mit einer Fahrzeugzelle des
Fahrzeugs verbundenen Tragteil befestigt ist, wobei eine zwischen dem Fahrweg undvdem
Fahrzeug wirkende Zusatzkrafteinrichtung zur Lieferung der Kraftdifferenz zwischen
der Magnethaltekraft der magnetischen Einrichtung und der insgesamt erforderlichen
Haltekraft vorgesehen ist, und wobei die von dem Tragteil getragene Zusatzkrafteinrichtung
mit der Fahrzeugzelle derart gekoppelt ist, daß durch die Federeinrichtung ermöglichte
Relativverschiebungen zwischen der Fahrzeugzelle und dem Tragteil in Relativverschiebungen
zwischen dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung
umgesetzt werden, so daß die Weite des Spalts selbsttätig in Abhängigkeit von der
erforderlichen Haltekraft geändert wird.
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Beim erfindungsgemäßen System führen Änderungen der äußeren Kräfte
infolge der Federeinrichtung zu Relativverschiebungen zwischen der Fahrzeugzelle
und dem Tragteil. Diese Relativverschiebungen werden selbsttätig in Relativverschiebungen
zwischen dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung
umgesetzt, so daß die Spaltweite
im >ahsichtlgten Sinn an die
jeweiligen äußeren Kräfte bzw.
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die jeweils erforderliche Haltekraft angepaßt wird. Durch die erfindunocgemäße
Koppelung zweier Relativverschiebungswege wird die beabsichtigte Minimierung der
von der Zusatzkrafteinrichtung zu liefernden Kraft auf besonders einfache und störungssichere
Weise erreicht. Die Koppelung kann besonders günstig durch mechanische oder hydraulische
Verbindungsmittel erfolgen, wobei auf elektronische Ubertragungs-und Regeleinrichtungen
verzichtet werden kann. Da die erfindungsgemäß zu erzeugenden Relativverschiebungen
zwischen dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung
im allgemeinen vergleichsweise klein sind (in der Praxis beträgt der Spaitweitenbereich
zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung üblicherweise
etwa 5 bis 25 mm), wird vorzugsweise die Relativverschiebung zwischen der Fahrzeugzelle
und dem Tragteil in eine verkleinerte Relativverschiebung zwischen dem zweiten Teil
der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung umgesetzt. Bei einigen
Ausführungsformen der Erfindung ist eine mit der Verkleinerung der Relativverschiebung
einhergehende Vergrößerung der Kraft zur Anderung des Abstande zwischen dem zweiten
Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung für die Kräftebilanz
des Systems günstig oder erforderlich.
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Vorzugsweise ist die Federcharakteristik der Federeinrichtung auf
die gewünschten Relativverschiebungen zwischen dem zweiten Teil der magnetischen
Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung bei Änderungen der erforderlichen Haltekraft
abgestimmt Diese Abstimmung kann beispielsweise in der Wahl einer passenden Federkonstante
bei linearer Federcharakteristik der Federeinrichtung, in der Wahl einer günstigen
Federvorspannung der
K 5;:reinrichtung oder auch im Vorsehen einer
nicht-linearen Federcharakteristik der Federeinrichtung zur verbesserten Anpassung
an die Kraft-Spaltweite-Charakteristik der magnetischen Einrichtung bestehen. Dieser
Gesichtspunkt der Abstimmung der Federcharakteristik wird bei der Beschreibung der
Ausführungsbeispiele noch deutlicher werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche Einstelleinrichtung
zum Einstellen der Relativstellung zwischen dem zweiten Teil der magnetischen Einrichtung
und der Zusatzkrafteinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Einstelleinrichtung
läßt sich zum einen eine "Grundeinstellung" eines Bereichs der von der Zusatzkrafteinrichtung
zu liefernden Zusatzkräfte vornehmen. Zum anderen kann die Verstellung dieser Einstea
einrichtung direkt oder indirekt von der von der Zusatzkrafteinrichtung gelieferten
Kraft gesteuert werden, beispielsweise durch die von der Kopplungsverbindung übertragenen
Kraft.
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Die Verstellung der Einstelleinrichtung erfolgt bevorzugt vergleichsweise
niederfrequent; in diesem Fall erfolgen die Relativverschiebungen zwischen dem zweiten
Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinxichtung einerseits infolge
der beschriebenen Koppelung in Entsprechung zu den Relativverschiebungen zwischen
der Fahrzeugzelle und dem Tragteil und andererseits niederfreguent bzw.
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quasi-stationär mit Hilfe der Einstelleinrichtung. Besondere Bedeutung
hat diese Möglichkeit bei einer niveauregulierten
Federeinrichtung.
Die Einstelleinrichtung kann beispielsweise eine mechanische oder hydraulische Einrichtung
zum Einstellen der wirksamen Länge der Kopplung zwischen der Fahrzeugzelle und der
Zusatzkrafteinrichtung sein; sie kann aber auch als hydraulische Einrichtung zum
Verändern der Menge der Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Kopplungsverbindung
zwischen der Fahrzeugzelle und der Zusatzkrafteinrichtung ausgebildet sein.
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Am Tragteil können Bremsklötze vorgesehen sein, die mit Hilfe der
beschriebenen Einstelleinrichtung in Bremseingriff mit entsprechenden Flächen am
Fahrweg bringbar sind. Diese Ausbildung stellt einerseits eine Weiterbildung der
Erfindung dar. Sie hat jedoch auch selbstständige erfinderische Bedeutung, da für
ihre Funktion die Kopplungseinrichtung zur Umsetzung von Relativverschiebungen zwischen
der Fahrzeugzelle und dem Tragteil in Relativverschiebungen zwischen dem zweiten
Teil der magnetischen Einrichtung und der Zusatzkrafteinrichtung nicht vorhanden
sein muß.
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Im allgemeinen weist die Zusatzkrafteinrichtung längs des Fahrzeugs
mehrere Einzel-Zusatzkrafteinrichtungen auf, wodurch Kippungen des Fahrzeugs vermieden
werden. Andererseits gibt es jedoch Zusatzkrafteinrichtungen, die über eine gewisse
Fläche verteilte Zusatzkräfte liefern, so daß man in diesen Fällen prinzipiell auch
mit nur einer einzigen Zusatzkrafteinrichtung für das Fahrzeug auskommt.
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Die anziehenden Magnete der anziehenden magnetischen Einrichtung können
am Fahrzeug und/oder am Fahrweg angeordnet sein. Eine Anbringung am Fahrzeug ist
bevorzugt, da dann der Fahrweg mit geringeren Kosten erstellt werden kann. Zur Lieferung
der anziehenden
Magnetkräfte werden vorzugsweise vollständig oder
zum Teil Dauermagnete eingesetzt. Die anziehenden Magnete wirken im allgemeinen
mit ferromagnetischen Teilen als dem anderen Teil der magnetischen Einrichtung zusammen.
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Bei einer besonders bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Systems
besteht der erste Teil der magnetischen Einrichtung aus einem ferromagnetischen
Wanderfeldstator mit einer in längs des Wanderfeldstators in gegenseitigem Abstand
angeordneten Quernuten eingelegten Wanderfeldwicklung und weist der zweite Teil
der magnetischen Einrichtung längs des Fahrzeugs in gegenseitigem Abstand angeordnete
Dauermagnete auf, wobei der Abstand der Dauermagnete auf den Abstand der Quernuten
abgestimmt ist, so daß von dem Wanderfeldstator und den Dauermagneten ein synchroner
Linearmotor gebildet ist.
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Wenn der Wanderfeldstator beispielsweise eine Dreiphasenwanderfeldwicklung
trägt, kann der Mittenabstand der Dauermagnete gleich dem dreifachen Mittenabstand
der Quernuten gewählt werden.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Fahrzeug, daß mit Hilfe
von Magnetkräften gegenüber einem Fahrweg gehalten werden kann und den auf das Fahrzeug
entfallenden Teil des vorstehend beschriebenen Systems enthält.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Darstellungen
an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
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Es zeigenr Fig, 1 eine Stirnansicht eines Teils eines Fahrzeugs sowie
einen Querschnitt durch einen Fahrweg; Fig, 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
eines Teils des Fahrzeugs nach Fig. 1 mit Rädern als Zusatzkrafteinrichtung sowie
einen Teil des Fahrweges; Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Kraft-Spaltweite-Charakteristik
der anziehenden Magneteinrichtung sowie das Kraft-Weg-Diagramm der Federeinrichtung
eingetragen sind; Fig, 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Seitenführung
eines Fahrzeugs mit elektromagnetischer Zusatzkrafteinrichtung; Fig. 5 eine Einstelleinrichtung
zur Einstellung der wirksamen Länge eines Lenkers zwischen einer Fahrzeugzelle und
der Zusatzkrafteinrichtung; Fig. 6 eine hydraulische Verbindung zwischen einer Fahrzeugzelle
und der Zusatzkrafteinrichtung sowie eine Einstelleinrichtung zur Konstanthaltung
des Drucks in der hydraulischen Verbindung.
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Das in Figuren 1 und 2 dargestellte Fahrzeug 2 weist eine Fahrzeugzelle
6 und ein Tragteil in Form eines Magnetträgers 8 auf.
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einen Der Magnetträger 8 besitzt/etwa doppe-T-förmigen Querschnitt,
wobei der obere Flansch dieses Querschnitts breiter als der untere ist. Die Fahrzeugzelle
6 stützt sich über Federn 12 auf dem Magnetträger 8 ab. Der Magnetträger 8 kann
die ganze Länge des Fahrzeugs 2 einnehmen; vorzugsweise sind jedoch längs des
Fahrzeugs
2 zwei Magnetträger 8 vorgesehen, und zwar jeweils ein Maa'tträger 8 an jedem Endbereich
des Fahrzeugs 2. Zu seiner Längsmittelebene ist das Fahrzeug 2 im wesentlichen symmetrisch
aufgebaut.
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Ein Fahrweg 4 ist ebenfalls zu seiner Längsmittelebene im wesentlichen
symmetrisch aufgebaut und besteht aus zwei getrennten Hälften. Jede Hälfte weist
einen in Längsrichtung des Fahrweges 4 verlaufendenferromagnetischen Wanderfeldstator
5 als ersten Teil der magnetischen Einrichtung auf, der an seiner Unterseite quer
zur Längserstreckung des Fahrweges 4 verlaufende Nuten 14 besitzt. Die Nuten 14
sind in untereinander gleichem Abstand angeordnet. Außen an jeden Wanderfeldstator
5 schließt sich ein schienenförmiger Träger 26 mit doppel-T-förmigem Querschnitt
an, der ebenfalls in Längsrichtung des Fahrweges 4 verläuft. Die untere Oberfläche
der Träger 26 befindet sich etwa auf gleicher Höhe mit den unteren Oberflächen 2o
der Wanderfeldstatoren 5. Die Wanderfeldstatoren 5 und die Träger 26 werden zusammen
durch eine Vielzahl von im gegenseitigen Abstand angeordneten Stützen auf dem Untergrund
abgestützt.
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Gegenüber der Unterseite der Wanderfeldstatoren 5 sind am Magnetträger
8 Dauermagnete 16 als zweiter Teil der magnetischen Einrichtung in einer Reihe,
die in Längsrichtung des Fahrweges 4 verläuft«-angeordnet. Die Dauermagnete 16 weisen
einen gegenseitigen Mittelabstand auf, der dem dreifachen Mittelabstand der Nuten
14' entspricht. In der Reihe der Dauermagneten 16 folgen dem Wanderfeldstator 5
zugewandte Nordpole und Südpole aufeinander. Zwischen den Magnetpolflächen 18 an
den Oberseiten der Dauermagnete 16 und der Unterseite 20 des Wanderfeldstators 5
befindet
sich ein Luftspalt mit der Spaltweite s.
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Außen seitlich am unteren Flansch des doppel-T-förmigen Querschnitts
des Magnetträgers 8 sind beidseitig Hebel 28 mit einem Ende an einem Gelenk 29 angelenkt.
Das andere Ende 30 der Hebel 28 ist jeweils über einen Lenker 22 mit der Fahrzeugzelle
6 verbunden. Die Lenker 22 führen zunächst von den Hebeln 28 nach innen und dann
innenseitig der Wanderfeldstatoren 5 durch den oberen Bereich des Magnetträgers
8 nach oben zur Fahrzeugzelle 6.
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Die Lenker 22 sind sowohl mit der Fahrzeugzelle 6 als auch mit dem
Hebel 28 gelenkig verbunden.
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Zwischen der Gelenkstelle 29 und dem Ende 30 des Hebels 28 ist an
jedem Hebel 28 ein Rad 24 drehbar gelagert. Die Drehachse des Rades liegt näher
an der Gelenkstelle 27 als am Ende 30, beispielsweise so, daß sich ein Hebelarmverhältnis
von 1:5 ergibt.
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Die Räder 24 rollen auf der Unterseite der schienenförmigen Träger
26 ab. Auf die gesamte Länge des Fahrzeugs 2 sind auf jeder Seite mindestens zwei
Räder 24 vorgesehen. Wenn der Magnetträger 8 auf die Länge des Fahrzeugs 2 in mehrere
Teil-Magnetträger unterteilt ist, sind vorzugsweise auf jeder Seite zwei Räder 24
pro Teil-Magnetträger vorhanden.
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Außer über die Federn 12 sind die Fahrzeugzelle 6 und der bzw. die
Magnetträger 8 über geeignete, nicht dargestellte Lenker miteinander verbunden,
die ein Ein- und Ausfedern der die Fahrzeugzelle 6 zulassen, jedoch den bzw./Magnetträger
8 relativ zur Fahrzeugzelle 6 führen.
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Außerdem slnd am Magnetträger noch weitere Räder 22'1W senkrechter
Drehachse gelagert, die an den inneren Seitenflächen der Wanderfeldstatoren 5 abrollen
und so die Seitenführung des Fahrzeugs 2 übernehmen.
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Die magnetische Auslegung des gesamten Systems ist so getroffen, daß
die anziehenden Dauermagnete 16 in ihrer Gesamtheit stets eine Anziehungskraft liefern,
die größer als die gesamte erforderliche Tragkraft ist. Zum Ausgleich liefern die
Räder 24 eine nach unten gerichtete Zusatzkraft, so daß zwischen den nach unten
gerichteten Kräften (Gewicht von Fahrzeugzelle, Zuladung und Elagnetträger sowie
nach unten gerichtete Radkraft) und der nach oben gerichteten Plagnetkraft Gleichgewicht
herrscht. Diese Kräfte könnoch nen/von Massenkräften und irgendwelchen anderen Störkräften
überlagert wwrden; die Räder 24 gleichen derartige Änderungen in der gesamten erforderlichen
Haltekraft jedoch durch Änderung der von ihnen gelieferten Kräfte aus.
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Wenn die Räder 24 starr am tIagnetträger 8 befestigt sind,muß die
Spaltweite s zwischen den Flächen 18 und 20 so gewählt werden, daß auch die größte
vorkommende erforderliche Haltekraft allein durch die Magnetkraft kompensiert werden
kann. Je kleiner nun die erforderliche. Haltekraft wird, desto größer werden die
von den Rädern 24 zu liefernden Kräfte Diese Kräfte werden also insbesondere bei
kleiner Zuladung recht groß.
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Am Diagramm der Fig. 3 werden nun die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen
selbsttätigen Spaltweiteneinstellung näher erläutert. Die oberste Kurve im Diagramm
stellt die Kraft Spaltweite-Charakteristik der Dauermagnete 16 dar. Die unterste
Linie des Diagramms ist eine Gerade und stellt die Kraft-
Weg-Linie
der Feder bzw. der Gesamtheit der Federn Durch Auswahl von Federn geeigneter Härte,
passende Längeneinstellung des Lenkers 22 und damit günstige "Grundeinstellung"
der Spaltweite s bei einer bestimmten Belastung, geeignete Wahl der Hebelarialängenverhältnisse
des Hebels 28 und dgl. kann man dafür sorgen, daß die Federkennlinie im Diagramm
der Fig. 3 bzw. links von unten/her in die Nähe der tIagnetcharakteristik rückt.
Ein Sicherheitsabstand der beiden Linien soll jedoch eingehalten werden, um ein
Abheben der Räder 24 von den Trägern 26 nach unten sicher zu vermeiden.
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Wird nun ausgehend von einem Ausgangszustand beispielsweise die Zuladung
der Fahrzeugzelle 6 erhöht, dann werden die Federn 12 stärker komprimiert und man
bewegt sich auf der Federkennlinle von rechts unten nach links oben. Dies hat wegen
der mechanischen Kopplung der XJegänderullg an der Feder 6 mit einer näherungsweise
in Vertikalrichtung erfolgenden Wegänderung der Räder 24 gegenüber dem DIagnetträger
8 automatisch eine Verkieinerung der Spaltweite s zur Folge. Infolgedessen arbeitet
nach diesem Übergang das System nicht mehr mit der Ausgangspaltweite sondern mit
einer kleineren Spaltweite, so daß sich eine größere Magnetkraft ergibt.
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Die geschilderten Verhältnisse werden dadurch modifiziert, daß die
Wegänderung der Feder bzw. der parallel geschalteten Federn 12 nicht nur von der
Änderung der Zuladung abhängt, da ein von den Hebellängenverhältnissen des Hebels
28 abhängiger Bruchteil der Radkraft über den Lenker 22 die Federn 12 zusätzlich
zusammendrückt. Das führt dazu, daß die von den Rädern 24 zu liefernwird
de
Zusatzkraft nochmals verkleiner9; Veranschaulicht wird dies durch die Kurve im Diagramm
der Fig. 3, die zwischen der Magnetkraftkennlinie und der Federkennlinie liegt.
Diese Kurve ist durch Unterteilen der jeweiligen senkrechten Abstände zwischen der
Magnetkraftkennlinie und der Federkraftkennlinie jeweils im gleichen Verhältnis
entstanden, beispielsweise im Verhältnis 1:6, 1:5, 1:4, je nach Hebelarmlängenverhältnis.
Somit ruß im Ergebnis von den Rädern 24 nur noch eine Zusatzkraft geliefert werden,
die jeweils dem senkrechten Abstand zwischen der Magnetkraftkennlinie und der darunterliegenden
gekrümmten Linie entspricht. Aus dem Diagramm der Fig. 3 wird deutlich, daß durch
die Erfindung eine selbsttätige, wesentliche Verkleinerung der von den Rädern zu
liefernden Zusatzkraft erreicht wird. Wenn nämlich die Räder 24 starr am Magnetträger
8 befestigt wären und man zur Sicherung einer großen Tragfähigkeit des Fahrzeugs
eine Spaltweite von beispielsweise 1 cm eingestellt hätte, dann müßten die Räder
die gesamte Kraftdifferenz zwischen etwa 7 t und der jeweils erforderlichen Haltekraft
liefern, was beispielsweise bei leeren Fahrzeug auf Gesamt-Radkräfte von etwa 4,5
t hinausliefe. Stattdessen hat man es mit der erfindungsgemäßen Ausbildung dann
nur noch mit einem Bruchteil dieser Radkraft zu tun.
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Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Räder 24
so vorgesehen, daß sie auf das Fahrzeug Kräfte nur in einer Richtung, nämlich nach
unten, ausüben. Wenn man Radkräfte in zwei Richtungen für günstig hält, beispielsweise
um ein Abheben der Räder von ihrer Lauffläche bei irgendzelchen hier nicht genauer
zu beschreibenden Einflüssen zu verhindern, oder beispielsweise bei Ilagnetkraftauslegungen,
bei
denen Radkräfte je nach erforderlicher Haltekraft in der einen
oder in der anderen Richtung erforderlich sind, kann man einen weiteren schienenförmigen
Träger auf der dem schienenförmigen Träger 26 gegenüberliegenden Seite der Räder
vorsehen. Auch eine Anordnung der Räder in Paaren, wobei ein Rad auf der Oberseite
des Trägers 26 und eines auf der Unterseite des Trägers 26 abrollt, ist möglich.
Schließlich kann man auch Räder, die Kräfte in umgekehrter Richtung wie die beschriebenen
Räder 24 liefern sollen, auf einem gesonderten Träger abrollen lassen.
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Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Zusatzkrafteinrichtung
in Form von Rädern verwirklichtf Weitere DIöglichkeiten sind in der Beschreibungseinleitung
genannt.
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Insbesondere kommen auch Elektromagnete in Frage. Die Zusatzkrafteinrichtungen
werden im allgemeinen in einer bestimmten Relativlage zu dem Gegenelement, mit dem
sie zusammenwirken, gehalten. Bei Rädern geschieht das durch Abrollen automatisch,
bei Elektromagneten kann man beispielsweise durch eine zweckmäßige Spulenstromsteuerung
für einen im wesentlichen konstanten Abstand zur Gegenfläche sorgen. Wenn man die
Zusatzkrafteinrichtung durch Magnete verwirklicht, ergibt sich ein vollständig magnetisches,
berührungsfreies Halten des Fahrzeugs in einem Distanzbereich zum Fahrweg.
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An Hand der Fig. 4 wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel mit Elektromagneten
als Zusatzkrafteinrichtung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es
sich um eine Führung eines Fahrzeugs, durch die das Fahrzeug im wesentlichen in
Horizontalrichtung in einem bestimmten Distanzbereich zum
Fahrweg
gehalten wird.
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Der hier interessierende Teil des Fahrweges 4 weist einen Spurkanal
42 in Form zweier ferromagnetischer Schienen auf, die einen bestimmten Abstand voneinander
haben. In diesen Spurkanal ragt von oben ein Längsträger 44 des Fahrzeugs 2. In
seitlichem Abstand zum Längsträger 44 ist auf jeder Seite eine Magnetleiste 46 vorgesehen,
die durch Federn 12 mit dem Längsträger 44 verbunden sind. Jede Magnetleiste 46
ist mit in einer Reihe angeordneten Dauermagneten 16 in abwechselnder Polung versehen,
die mit der zugewandten Gegenfläche der ferromagnetischen Schiene 42 jeweils zusammenwirken.
Inden Begriffen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,2 gehört der Längsträger 44
zur Fahrzeugzelle und entspricht die Plagnetleiste 46 dem Magnetträger 8.
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In einer Querbohrung 48 im Längsträger 44 ist ein Querträger 50 im
wesentlichen horizontal und quer zum Längsträger 44 verschieblich geführt. In den
Stirnseiten des Querträgers 50 sind Elektromagnete 40 angeordnet. Außerdem erstrecken
sich in Längsrichtung etwa parallel zum Längsträger 44 zwei Hebel 28, die jeweils
an einem Gelenkpunkt 29 am Querträger 50 drehbar befestigt sind. Vom Ende 52 eines
kürzeren hebelarms erstreckt sich zur jeweils zugeordneten Magnetleiste 46 ein Lenker
54; vom Ende 56 eines längeren Hebelarms auf der anderen Seite der.Gelenkstelle
29 erstreckt sich jeweils ein Lenker 58 zu einer für beide Hebel 28 gemeinsamen
Anschlußstelle 60 am Längsträger 44.
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Wenn nun der Längsträger 44, der einen Teil des Fahrzeugs 2 bildet,
sich auf eine ferromagnetische Schiene 42 zubewegt, wird eine Feder 12 zusammengedrückt.
Diese Wegänderung wirkt
sich über den Lenker 58, den Hebel 28,
den Lenker 54 auf die zut rdnete Magnetleiste 46 aus, die um einen kleineren eg,
als der Wegänaerung der Feder 12 entspricht1 von der zugeordneten ferromagnetischen
Schiene 42 fortbewegt wird. Als Folge ergibt sich eine kleinere magnetische Anziehung
auf dieser Seite des Spurkanals, und der Lcingsträger 44 bewegt sich zurück zur
Mitte des Spurkanals. Somit müssen nicht mehr die Elektromagnete die gesamte Steuerung
zum Auffangen seitlicher Kräfte auf den Längsträger 44 leisten, sondern es sind
wiederum nur relativ kleine -Zusatzkräfte von den Elektromagneten 40 zu liefern.
Außerdem ist die gesamte Anordnung zur Längsmittelebene des Spurkanals 42 symmetrisch
getroffen, so daß sich die Wirkungen auf beiden Seiten des Längsträgers 44 noch
überlagern.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind in den Lenkern 22
Einstelleinrichtungen 62 zum Eintellen der effektiven Länge des Lenkers zwischen
der Fahrzeugzelle 6 und dem Ende 30 des Hebels 28 vorgesehen. Dabei kann es sich
beispielsweise um eine Mutter handeln, die mit zwei Gewinden entgegengesetzter Steigung
an den Enden des an dieser Stelle
geteilten Lenkers 22 zusammenwirkt
e Auch eine in ihrer Länge einstellbare, hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit, die
einen oberen Teil und einen unteren Teil des Lenkers 22 miteinander verbindet, iSt
für den beabsichtigten Zweck brauchbar. Einstelleinrichtungen wie die Einstelleinrichtung
62 können zusätzlich oder statt in den Lenkern auch in den Hebeln 28 zur Einstellung
der Hebelarmlänge vorgesehen sein.
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Anhand der Fig. 5 wird nunmehr eine Möglichkeit genauer beschrieben,
wie die jeweilige Einstelleinrichtung 62 von der von dem Lenker 22 übertragenen
Kraft gesteuert werden kann. Der obere Teil 22a des Lenkers 22 ist an seinem oberen
Ende an einem vertikalen, mit einem Außengewinde 64 versehenen Bolzen 66 angelenkt.
Der Bolzen 66 ragt in ein Getriebegehäuse 68.
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Im Getriebegehäuse 68 ist ein um eine vertikale Achse drehbares, in
Axialrichtung gelagertes Zahnrad 70 angeordnet.
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Das Zahnrad 70 besitzt in einer zentralen Bohrung ein Innengewinde,
das mit dem Gewinde 64 des Bolzens 66 zusammenwirkt. Das Zahnrad 70 kann über ein
auf der zelle eines Elektromotors 74 sitzendes Ritzel 72 in beiden Richtungen gedreht
werden. Drehungen des Ritzels 72 bewirken also ein Anheben oder Absenken des Bolzens
66 und damit des oberen Teils 22a des Lenkers 22.
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Der obere Teil 22a des Lenkers 22 ist mit dem unteren Teil 22b des
Lenkers 22 über einen Längskraftschalter 76 verbunden. Der Längskraftschalter 76
weist ein Gehause 78 auf, an das der untere Teil 22b angeschlossen ist. Am unteren
Ende des oberen Teils 22a ist eine Scheibe 80 vorgesehen, die gegen die Wirkung
einer Feder 82, die zwischen der Scheibe 80 und einem oberen Deckel 84 des Gehäuses
78 angeordnet ist, aufwärts und abwärts bewegbar ist. Der Deckel 84 ist in das Gehäuse
78 eingeschraubt, so daß die Vorspannung der Feder 82 einstellbar ist. Der Boden
86 des Gehäuses 78 stellt einen unteren Anschlag für die Scheibe 80 dar, während
eine in den Deckel 84 eingeschraubte Büchse 88 mit ihrem unteren Ende einen einstellbaren,
oberen Anschlag für die Scheibe 80 bildet.
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Der obere Teil 22a des Lenkers 22 trägt einen seitlichen Fortsatz
9o, der mit einem oberen elektrischen Schalter 92 und einem unteren elektrischen
Schalter 94 zusammenwirken kann.
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Wenn die Längskraft im Lenker 22 eine bestimmte, durch die Vorspannung
der Feder 82 gegebene Größe erreicht, wird der obere Schalter 92 geschlossen und
dadurch der Motor 74 in dem Drehsinn in Betrieb gesetzt, daß der Bolzen 66 angehoben
wird. Dadurch wird das Rad'24 ebenfalls nach oben bewegt, und die Spaltweite s vergrößert
sich, so daß das Rad 24 eine kleinere Zusatzkraft liefert und die Längskraft im
Lenker 22 abnimmt. Wenn die Längskraft im Lenker 22 einen beabsichtigten Minimalwert
unterschreitet, wird der untere Schalter 94 gescossen
und der
Motor 74 im umgekehrten Drehsinn in Betrieb gesetzt.
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Damit die Höhenverstellung des Bolzens 66 nicht dauernd bei dynamischen
Längskraftänderungen im Lenker 22 erfolgt, ist der obere Teil 22a des Lenkers 22
mit dem unteren Teil 22b des Lenkers 22 über einen Dämpfer 96 verbunden. Dasselbe
Ergebnis kann man auch mit elektrischen Zeitverzögerungsgliedern zwischen den Schaltern
92, 94 und dem Motor 74 erreichen. Die Vertikalverstellung des Bolzens 66 soll nämlich
nur bei vergleichsweise länger dauernden Belastungsänderungen erfolgen, beispielsweise
bei Änderung der Zuladung zur Fahrzeugzelle oder auf der der Kurvenaußenseite bei
längerer Kurvenfahrt.
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In Fig. 6 ist eine Möglichkeit zur hydraulischen Kopplung der Relativverschiebung
zwischen der Fahrzeugzelle 6 und dem Magnetträger 8 mit der Relativverschiebung
zwischen dem Rad 24 und den Dauermagneten 16 dargestellt. Zu diesem Zweck ist an
der Fahrzeugzelle eine Kolbenstange 98 und am Magnetträger 8 ein Zylinder loo angelenkt.
Ein Kolben 1o2 am unteren Ende der abgedichtet Kolbenstange 98 gleitet' im Kolben
loo. Der Lagerbock 1o4 des Rades 24 ist mittels der vertikal verlaufenden Rippen
1o6 in Vertikalrichtung geführt. Der Lagerbock 1o4 ist durch einen Kolben 1o8 getragen,
der in einem Zylinder llo abgedichtet in Vertikalrichtung gleiten kann. Der Druckraum
des Zylinders llo, der sich unterhalb des Kolbens lo8 befindet, ist durch eine Hydraulikleifrang
112 mit dem Druckraum des Zylinders loo,
der sich oberhalb des
Kolbens 102 befindet, verbunden. Wenn sich die Fahrzeugzelle 6 gegenüber dem Magnetträger
8 senkt, vergrößert sich der Druckraum des Zylinders loo. Infolgedessen verkleinert
sich der Druckraum des Zylinders llo, so daß das Rad 24 relativ zum Magnetträger
8 und damit relativ zu den Dauermagneten 16 abgesenkt wird. Infolgedessen verkleinert
sich der Magnetspalt s, und es kommt zu der gewünschten Erhöhung der Magnethaltekraft.
Die Druckfläche des Kolbens 108 ist wesentlich größer als die Druckfläche des Kolbens
102, beispielsweise zwischen drei und zehn mal so groß, so daß sich eine Relativterschiebung
zwischen Fahrzeugzelle 6 und Magnetträger als verkleinerte Relativverschiebung zwischen
Rad 24 und Dauermagneten 16 auswirkt. Die beschriebene Einrichtung ist auf beiden
Seiten des Fahrzeugs 2 vorgesehen.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist ferner eine Einstelleinrichtung
vorhanden, mit der die Menge der Hydraulikflüssigkeit in der hydraulischen Verbindung
zwischen dem Zylinder llo und dem Zylinder loo derart geändert werden kann, daß
der Druck etwa gleich bleibt. Zu diesem Zweck ist eine Hydraulikpumpe 114 vorgesehen,
die - gesteuert durch eine Steuereinrichtung 116 - in einem Druckspeicher 118 stets
einen etwa gleichbleibenden Druck aufrecht erhält. Der obere Teil 120 des Druckspeichers
118 ist mit Gas gefüllt, während der untere Teil 122 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt
ist.
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Wenn der Druck in der Hydraulikleitung 112 unter einen bestimmsich
ten Wert absinkt, öffnet / ein Ventil 126, und Hydraulikflüssigkic strömt aus dem
Speicher 118 über
ein Drosselventil 128 in die Hydraulikleitung
112. Wenn hingegen der Druck in der Hydraulikleitung 112 über einen beabsichtigten
Druck ansteigt, wird das Ventil 126 so umgesteuert, daß Hydraulikflüssigkeit aus
der iiydraulikleitung 112 in einen Tank 130 abfließen kann. Die Pumpe 114 saugt
ihre Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 130 an. Durch Einstellung des Umsteuerdrucks
des Ventils 126 und durch das Drosselventil 128 kann man erreichen, daß hochfrequente
Druckänderungen in der Hydraulikleitung 112 nicht sofort zum Einströmen oder Ablassen
von Hydraulikflüssigkeit aus der Hydraulikleitung 112 führen. Die Einstelleinrichtung
114 bis 130 kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 eingesetzt werden,
indem der Druck in einer nicht dargestellten Zylinder Kolben-Einheit, die einen
oberen Teil und einen unteren Teil des Lenkers 22 miteinander verbindet und so die
wirksame Länge des Lenkers 22 bestimmt, konstant gehalten wird.
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Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 5 als auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 6 hat man die erwünschte niederfrequente Minimierung der vom Rad 24 gelieferten
Zusatzkraft erreicht. Die Information darüber, ob ein Einstelleingriff erforderlich
ist, sowie der Einstelleingriff selbst erfolgen unmittelbar in der Koppelung zwischen
der Relativverschiebung zwischen der Fahrzeugzelle 6 und dem Magnetträger 8 und
der Relativverschiebung zwischen der Zusatzkrafteinrichtung und dem zweiten Teil
der tuagnetischen Einrichtung in Form der Dauermagnete 16, so daß nur kleine Einstellkräfte
aufzubringen sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist als Federeinrichtung ein druckgasgefüllter
Balg 132 vorgesehen. Statt des Balges 132 kann auch eine hydropneumatische Federungseinrichtung
vorgesehen sein.
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Der Ig 132 wird von einem nicht dargestellten Kompressor mit Druck
versorgt.
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Für den Balg 132 kann auch eine nicht dargestellte Niveauregulierungseinrichtung
vorgesehen sein, die ab einer bestimmten vertikalen Zusammendrückung bzw. ab einer
bestimmten vertikalen Ausdehnung des Balges 132 Druckgas in den Balg 132 nachliefert
oder aus diesem abläßt. An diesem Ausführungsbeispiel wird besonders deutlich, daß
die unmittelbare hydraulische Kopplung zwischen der Relativverschiebung zwischen
der Fahrzeugzelle und dem Magnetträger 8 und der Relativverschiebung zwischen dem
Rad 24 und den Dauermagneten 16 die Kopplung für relativ hochfrequente Kräfte liefert,
während relativ niederfrequente bzw. quasi-stationäre Änderungen der erforderlichen
Haltekraft über die Nachlieferung bzw. das Ablassen von Hydraulikflüssigkeit aus
der Hydraulikleitung 112 Rechnung getragen wird. Da auch die Niveauregulierung für
den Balg 132 relativ niederfrequent, beispielsweise mit einer Nachfüllzeit im Bereich
von 5 bis 20 Sekunden, arbeitet, ist die Hochfrequenzkopplung über die Zylinder-Kolben-Einheit
loo, 102 und 108, llo von Nutzen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Information für die Einstelleinrichtung,
wann die Einstellung geändert werden soll, auch vom Belastungszustand der Federeinrichtung
12 bzw. 132 abgenommen werden kann, beispielsweise mittels eines Kraftaufnehmers
unterhalb der Feder 12 oder mittels eines Druckfühlers am Balg 132. Man kann dann
mittels einer geeigneten hydraulischen Dosiereinrichtung, die von der Federkraft
gesteuert ist, die erforderliche Menge Hydraulikflüssigkeit in die
ilyüra'likleitung
112 nachpumpen bzw. ablassen. Analog könnte man auch mittels der Kraftmessung bzw.
der Druckmessung an der Federeinrichtung einen dem Motor 74 (Fig. 5) analogen Motor
zur Einstellung der wirksamen Länge des Lenkers 22 steuern oder die Hydraulikflüssigkeitsmenge
in einer die wirksame Länge des Lenkers 22 bestimmenden Zylinder-Kolben-Einheit
steuern.
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Die Einstelleinrichtung 62 bzw. die Einstelleinrichtung 114 bis 130
kann auch zum Betätigen einer Bremse herangezogen werden. In Fig. 6 ist eine solche
Möglichkeit eingezeichnet.
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Am oberen Flansch des Magnetträgers 8 ist ein Bremsklotz 134 befestigt.
Wenn genügend Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikleitung 112 gepumpt wird, wird
der Magnetträger 8 soweit nach unten verschoben, daß der Bremsklotz 134 in Reibkontakt
mit der Oberseite des Trägers 26 kommt. Dasselbe Ergebnis kann man durch genügend
weites Absenken des Bolzens 66 mittels des Motors 74 oder durch genügende Verlängerung
der wirksamen Länge des Lenkers 22 auf andere Weise erreichen. Der Bremsklotz 134
ist in einer solchen Höhe vorgesehen, daß dann, wenn er in Reibeingriff mit der
Oberseite des Trägers 26 kommt, die Spaltweite s relativ groß ist, so daß die Anziehungskraft
der magnetischen Einrichtung 5, 16 die Brems-Anpreßkraft nicht wesentlich vermindert
und nahezu das gesamte Gewicht des Fahrzeugs 2 zum Anpressen des Bremsklotzes 134
zur Verfügung steht. Vorzugsweise sind mehrere Bremsklötze 134 längs des MagnettrSgers
8 angeordnet.
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Da die beschriebene Anpassung bzw, die beiden zusammen vorhandenen
Anpassungen der Spaltweite s an die erforderliche Haltekraft getrennt auf beiden
Seiten des Fahrzeugs 2 vorgesehen ist, tritt sie auch bei Neigungen des Fahrzeugs
2 bei Kurvenfahrt in Aktion.
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Wenn der Magnetträger 8 längs des Fahrzeugs 2 in mehrere Teil-Magnetträger
unterteilt ist, kann man auch eine drehgestellartige Schwenkung der Teil-Magnetträger
vorsehen, wobei Räder wie die Räder 22' die Kurvenausrichtung der Teil-Magnetträger
leisten.
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