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wHaltekraftlieferungseinheit für Magnetschwebefahrzeug"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Haltekraftlieferungseinheit gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elektromagnete als Haltekraftlieferungseinheiten sind an sich bekannt.
Sie eignen sich insbesondere dann, wenn die durch ihre Wicklung fließende Stromstärke
änderbar ist, zur Lieferung variierbarer Haltekräfte, um beispielsweise Änderungen
in der Nutzlast des Fahrzeugs, Trägheitskräfte, Störkräfte und dergleichen zu kompensieren.
Bei sehr vielen Einsatzfällen ist der Magnetkraftbereich, der von den Elektromagneten
geliefert werden soll, äußerst weit gespannt, so daß die Stromstärke durch die Elektroniagnetwicklung
in sehr weiten
Grenzen variiert werden muß. Dies bedingt, insbesondere
bei der im allgemeinen geforderten möglichst trägheitslosen Anpassung an die jeweils
erforderliche Ilaltekraft, raum- und gewichtsaufwendige Regelung und Stromve rs
orgungs anlagen, die im Fahrzeug recht viel Platz und Gewicht kosten. Ein ganz wesent:licher
Teil des hierfür notwendigen Aufwandes entfällt auf die Bereitstellung von Leistung
und Regelungsvermögen bei relativ selten vorkommenden Spitzen in der erforderlichen
Haltekraft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ilaltekraftlieferungseinheit
zu schaffen, bei der die Stromversorgung und Regelung der Stromstärke nicht mehr
auf den Spitzenbedarf ausgelegt werden muß.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Jlaltekraftlieferungseinheit erfindungsgemäß
so ausgebildet wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeyeben.
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Die enge räumliche Kombination eines Elektromagneten mit einem oder
mehreren Rädern schafft eine Ilaltekraftlieferungseinheit, bei der alle durchschnittlich
bzw. häufiger auftretenden Haltekraftanforderungen durch den Elektromagnet erfüllt
werden. Fiir den Fall der seltener auftretenden Haltekraftanforderungen bzw. der
Haltekraftanforderungsspitzen stehen die Rader zur Vrfügung. Somit muß für den Elektromagneten
oder die Elektromagneten der Haltekraftlieferungseinheit
die elektrische
Leistung und deren Regelung nicht mehr für die Haltekraftanforderungsspitzen ausgelegt
werden. Das Rad oder die Räder sind mit einem derartigen Abstand zu einer zugeordneten
Abrollfläche bzw. zu zugeordneten Abrollflächen am Fahrweg angeordnet, daß sie bei
Annäherung des Elektromagneten an den mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden
Fahrwegteil eher in Rollkontakt mit der Abrollfläche bzw. den Abrollflächen kommen
als der Elektromagnet am Fahrweg anstreift.
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Vorzugsweise ist das Rad bzw. sind die Räder in Fahrtrichtung des
Fahrzeugs vor und/oder hinter dem Elektromagneten vorgesehen. Das verringert den
Luftwiderstand und ermöglicht ein Abrollen der Räder auf denselben Fahrwegteilen,
mit denen auch der Elektromagnet zusammenwirkt. Eine Anordnung der Räder in Fahrtrichtung
des Fahrzeugs gesehen neben dem Elektromagneten ist jedoch auch möglich.
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Vorzugsweise ist der Eisenkörper des Elektromagneten im Querschnitt
quer zur Fahrtrichtung U-förmig, wobei seine Wicklung um die Basis des U und/oder
um mindestens einen Schenkel des U in Fahrtrichtung verläuft. Das verringert die
Wirbelstromr verluste, wenn der Elektromagnet mit unlamellierten Fahrwegteilen zusammenwirkt,
wie weiter unten noch deutlicher werden wird.
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Es ist günstig, wenn das Rad oder die Räder beim Fahren des Fahrzeugs
ständig in der richtigen Umdrehungsrichtung in Drehung versetzt sind, damit sie
nicht dann, wenn sie in Aktion treten müssen, erst durch Ilontakt mi.t dem Abrollweg
in Drehung versetzt werden müssen. Bevorzugte Möglichkeiten hierfür sind in den
Ansprüchen 4 bis 6 gekennzeichnet. Die Ausbildung nach Anspruch 4 hat den Vorteil
der Einfachheit und Preiswürdigkeit; außerdem sind die Räder automatisch in der
richtigen Drehrichtung und im wesentlichen in der auf die jeweilige Fahrgeschwindigkeit
abgestimmten Drehzahl in Drehung versetzt.
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Die Lösung gemäß Anspruch 5 ergibt eine noch bessere Apassungsmöglichkeit
der Raddrehzahl -an die Fahrgeschwindigkeit, allerdings auf Kosten eines höheren
Aufwandes. Bei der Lösung gemäß Anspruch 6 werden die Räder durch die am Umfang
verteilten Magnetpole oder magnetisierten Bereiche vollkommen selbsttätig und geschwindigkeitsangepaßt,
allerdings mit einem gewissen Schlupf, durch den sich relativ zur Haltekraftlieferungseinheit
bewegenden eisenhaltigen Abrollweg in Drehung versetzt.
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Die in den Ansprüchen 4 bis 6 angegebenen Mittel zum rotierenden Antrieb
der Räder müssen nicht unbedingt an den Rädern selbst vorgesehen sein, sondern können
an sich zusammen mit den Rädern drehenden Teilen, wie Nabenteilen oder Scheiben,
vorgesehen sein.
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In den Ansprüchen 7 und 8 sind besonders bevorzugte Verwendungen der
erfindungsgeinäßen Haltekraftlieferungseinheit angegeben. Fahrzeug-Fahn cg-Systeme
und Fahrzeuge der in diesen Ansprüchen
angegebenen Art sind an
sich aus der DE-OS 27 11 994 bekannt. Der Offenbarungsgehalt der DE-OS 27 11 994
wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Bestandteil der Offenbarung der vorliegenden
Anmeldung gemacht. Die erfindungsgemäße Haltekraftlieferungseinheit kann an die
Stelle der in der DE-OS 27 11 994 beschriebenen "Zusatzkrafteinrichtung" treten,
die dort in erster Linie in Form von Rädern beschrieben ist. Bei der Fahrzeugausbildung
gemäß Anspruch 8 wird die Spaltweite der magnctischen Einrichtung mittels der Kopplungsmittel
laufend an die jeweils erforderliche Haltekraft angepaßt, also bei Zunahme der erforderlichen
Haltekraft verkleinert und bei Abnahme der erforderlichen Haltekraft vergrößert.
Infolgedessen hat die Haltekraftlieferungseinheit bzw. haben die Haltekraftlieferungseinheiten,
wenn - wie häufig - mehrere Haltekraftlieferungseinheiten pro Fahrzeug vorgesehen
sind, bereits unter diesem Aspekt nur einen vergleichsweise geringen Teil der insgesamt
erforderlichen Haltekraft zu liefern. Das verbessert die Verhältnisse hinsichtlich
Größe und Regelung der bereitzustellenden elektrischen Leistung fUr dii Elektromagnete
nochmals erheblich.
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Unter "IIaltekraft" werden einerseits im wesentlichen vertikal wirkende
Kräfte zum Halten des Fahrzeugs gegen die Schwerkraft und gegen Tr0gheits- und Störkräfte
verstanden. Andererseits kann die erfindungsgemäße Haltekraftlieferungseinheit auch
zur Lieferung von im wesentlichen horizontal gerichteten Seitenführungskräften dienen.
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Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand teilweise schematischer Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt quer zur Fahrtrichtung durch einen
Teil eines Fahrzeugs, welcher Teil mit zwei Haltekraft].ieferungseinheiten versehen
ist, sowie einen Querschnitt quer zur Fahrtrichtung durch einen Teil eines Fahrwegs;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Haltekraftlieferungseinheiten von Fig. 1 und des zugeordneten
Fahrwegteils.
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In Fig. 1 ist lediglich ein seitlicher, unterer Teil eines Fahrzeugs
2 dargestellt. Das Fahrzeug 2 ist auf der anderen Fahrzeugseite spiegelbildlich
ausgebildet. Das gleiche gilt für den dargestellten oberen-seitlichen Bereich des
Fahrwegs 4.
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Der in Fig. 1 dargestellte Bereich des Fahrwegs 4 weist einen Dreiphasenwanderfeldstator
6 auf, der sich in Längsirchtung des Fahrwegs 4 erstreckt. In Quernuten des Wanderfeldstators
6 ist in an sich bekannter Weise eine DreiphasenwanderEeldvzickb lung mäanderförmig
eingelegt, wie schematisch mit 8 angedeutet.
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Der Wanderfeldstator 6 hesteht in nicht näher bezeichneter Weise aus
einem Paket senkrechtstehender, lamellierter Bleche.
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Unterhalb des Wanderfeldstators 6 befindet sich parallel zu diesem
ein am Fahrzeug 2 befestigter Magnetträger lo, der auf seiner Oberseite in Fai-1rtrichtung
eine Reihe von Dauermagneten
12 trägt. Der in Fahrtrichtung gemessene
Abstand der Mitten benachbarter Dauermagnete 12 entspricht dem dreifachen Abstand
der Mitten benachbarter Statorzähne, so daß die aus dem Stator G und der Reihe der
Dauermagneten bestehende magnetische Einrichtung zugleich anziehende Tragkräfte
zum Tragen des Fahrzeugs 2 als auch Vort:ictbskrafte und Bremskräfte für das Fahrzeug
2 liefert. Eine derartige magnetische Einrichtung ist in der DE-OS 27 11 994 noch
genauer beschrieben, so daß auf diese Druckschrift Bezug genommen werden kann.
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An der zur Fahrzeugraitte gerichteten Seite des Wanderfeldstators
6 ist am Fahrweg 4 eine sich in Fahrtrichtung erstreckendc Schiene 14 befestigt.
Die Schiene 14 hat die Gestalt eines liegenden U, wobei die offenc Seite des U zur
Fahrzeugmitte weist. Sowohl niit der Oberseite 16 als auch mit der Unterseite 18
der Schiene 14 wirkt jeweils eine am Fahrzeug 2 hefestigte Haltekraftlieferungseinheit
20 zusammen.
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Jede Haltekraftlierferungseinheit 20 weist einen Elektromagneten 22
sowie in Fahrtrichtung vor diesen und in Fahrtrichtung hinter dicsem ein Rad 24
auf, das drehbar an einem entsprechenden, an dem Eisenkörper 26 befestigten Ausleger
28 gelagert ist. Der Eisenkörper 26 ist im Querschnitt quer zur Fahrtrichtung im
wesentlichen U-förmig, wobei die offene Seite des U der Schiene 14 zugewandt ist.
Die Wicklung 30 jedes Elektromagneten 22 verläuft in Fahrtrichtung längs über die
Oberseite des Querschenkels des U, vorne und hinten um die
Stirnseite
dieses Querschenkels und in Fahrtrichtung längs im Innenraum des U. Jeder Elektromagnet
22 ist in Fahrtrichtung langgestreckt, infolgedessen ergeben sich pro JJaltekraftliefcrungseinheit
20 im wesentlichen nur zwei Stellen der Wirbelkraftentstehung, nämlich an der in
Fahrtrichtung vorderen Kante und der in Fahrtrichtung hinteren Kante des Elektromagneten
22. Die offene Seite des U jedes Elektromagneten 22 ist durch Polflächenverbreiterung
annähernd geschlossen. In folge der geschilderten minimierten Wirbelstromverluste
kann man mit einer ünlamellierten Schiene 14 auskommen, wie wohl. selbstverständich
auch lamellierte Schienen 14 brauchbar sind.
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Der Elektromagnet 22 der oberen Haltekraftlieferungseinheit 20 wirkt
magnetisch mit dem oberen horizontalen Schenkel der Schiene 14 zusammen, und der
Elektromagnet 22 der unteren Haltekraftlieferungseinheit 20 wirkt mit dem unteren
waagerechten Schenkel der Schiene 14 zusammen. Die Oberseite 16 der Schiene 14 stellt
zugleich den Abrollweg für Mie Räder 24 der oberen Haltekraftlieferungseinheit 20,
während die Unterseite 18 der Schiene 14 den Abrollweg für die Räder 24 der unteren
flaltekraftlieferungseinheit 20 stellt. Die Radumfänge hefinden sich in Vertikalrichtung
etwas naher an der Oberseite 16 bzw.
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der Unterseite 18 der Schiene 14 als die der Schiene 14 zugewandten
Polflächen der Magnete 22.
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nie Räder 24 sind auf ihrer der Schiene 14 abgewandten Seite etwas
zur Hälfte durch Hauben 32 abgedeckt. Die Räder weisen seitlich vorstehende, im
wesentlichen radial verlaufende Luftschaufeln
bzw. Flügel 34 auf,
die möglichst weit am Außenumfang der Räder 24 liegen. Wenn die Haltekraftlieferungseinheiten
20 relativ zur stationären Schiene 14 in Fahrtrichtung bewegt werden, hat der Fahrtwind,
der sich auf der der Schiene 14 zugewandten Seite der Räder 24 in den Luftschaufeln
34 fängt, die Tendenz, die Räder 24 in einer für das Abrollen richtigen Drehrichtung
in Drehung zu versetzen. Dabei wird sich eine etwas geringere Drehzahl der Räder
24 einstellen als der sich am Anlaufen der Räder 24 an der Schiene 14 ergebenden
Drehzahl entspricht.
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Statt der Luftschaufeln 34 können beispielweise auch Magnetpole wechselnder
Polung um den Umfang der Räder 24 herum verteilt seint im Zusammenwirken mit der
Schiene 14 würden die Räder 24 dann auf magnetischem Wege in Drehung versetzt.
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Die beiden Haltekraftlieferungseinheiten 20 können statt ihrer starren
Befestigung am Fahrzeug 2 auch von einem Haltekraftlieferungseinheit-Tragteil getragen
sein, das seinerseits vom Fahrwerk des Fahrzeugs 2 getrayen ist. Wenn sich - ermöglicht
durch eine Federeinrichtung zwischen einem nicht dargestellten Nutzlastträger des
Fahrzeugs 2 und dem Fahrwerk des Fahrzeugs 2 - eine Änderung in der Relativlage
von Nutzlastträger und Fahrwerk wegen geänderter Fahrzeugbeladung ergibt, dann kann
diese Relativlagenänderung mit Hilfe von Kopplungsmitteln in eine Änderung in der
Relativlage von Magnetträger 1o und Haltekraftlìeferungseinlleit-Tragteil ul,1gesetzt
werden. Wegen
weiterer Einzelheiten derartiger Konstruktionen wird
ausdrücklich auf die DE-OS 27 11 994 verwiesen.
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In den meisten Fällen, und nicht etwa nur beim dargestellten Ausführungsbeispiel,
ist die Stromstärke durch die Wicklung das Elektromagneten nach Maßgabe eines Spalteweitensensors
gesteuert. Wenn dieser Spaltweitensensor eine sich vergrößernde oder vergrößerte
Spaltweite feststellt, sorgt die Regelung für einen größeren Strom durch die Elektromagnetwicklung,
so daß die vom Elektro.agneten gelieferte Anziehungskraft zunimmt und sich die Spaltweite
wieder verkleinert.
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Die lialtekraftlieferungseinheiten müssen nicht sowohl unterhalb als
auch oberhalb eines jeweils zugeordneten Fahrwegteils vorgesehen sein. Je nach Auslegung
der sonstigen magletischen Einrichtung kann auch nur eine untere oder nur eine obere
IIaltekraftlieferungseinheit 20 vorgesehen sein. Genauere Gesi clttspunkte hierzu
finden sich in der DE-OS 27 11 994 am Beispiel von mit Rädern arbeitenden Zusatzkrafteinrichtungen.
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L e e r s e i t e