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Magnetschwebefahrzeug mit Einzelfederung der Magnete
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Die Erfindung betrifft die Elektromagnete eines Magnetschwebefahrzeugs
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekanntlich bedarf es bei einem durch elektromagnetische Anziehungskräfte
freischwebend gehaltenen und geführten Nagnetschwebefahrzeug insbesondere aus Gründen
des elektrischen Leistungsaufwandes einer Schwebefreiheit bzw. eines Abstandes zwischen
den fahrzeugseitigen Elektromagneten und einer zugeordneten stationären Schienenanorndung
(als magnetischer Rückschluß) von sehr geringen Werten etwa in der Größe von 5 bis
15 Millimetern. Das Einhalten solcher Schwebefreiheiten nach Maßgabe vorgegebener
Fahrkomfortkriterien ist einesteils ein rege~ungstechnisches und andernteils ein
bauliches Problem unter anderem hinsichtlich der Magnetanordnung. Diesbezüglich
haben sich Lösungen als brauchbar erwiesen, die Elektromagnete über Federungen vom
Fahrzeugaufbau bzw. dem sogenannten Magnet- oder Schwebegestell schwingungsmäßig
zu entkoppeln, und zwar im Falle einer relativ großen Anzahl von in Fahrzeuglängsrichtung
aneinandergereihten Einzelmagneten durch eine einzeln federnd bewegbare Anordnung
jedes Elektromagneten. Jedoch kann es demzufolge zu Auslenkungen des einzelnen Elektromagneten
bis
zum Anschlagen an der Schienenanordnung kommen, denn der einzeln federnd bewegbare
Elektromagnet ist ohne besondere Zwangs- bzw. Geradführungen instabil.
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Dem läßt sich zwar begegnen durch eine den Elektromagneten in dem
Maße fesselnden Federung, daß die aus Auslenkungen des Elektromagneten resultierenden
stabilisierenden Momente größer sind als die den Elektromagneten auslenkenden Momente.
Eine solche zugleich stabilisierende Federung im Rahmen vorgegebener Stabilitätskriterien
(gemäß der DEOS 26 33 647) kann jedoch nicht ausschließen, daß der Elektromagnet
ohne Auslenkung, d.h. auch in stabiler Lage gegenüber seinem Gestell aufgrund von
Lagefehlern der Schienenanordnung dieser gegenüber Schräglagen einnimmt, in denen
größte Gefahr des Anschlagens an der Schienenanordnung besteht wegen der mit abnehmendem
Abstand im betreffenden Bereich des Elektromagneten zwangsläufig zunehmenden Magnetkräfte.
So wird letztlich nach wie vor neben der Einzelmagnetfederung eine mechanische Parallelführung
des Elektromagneten in Bezug auf sein Gestell bevorzugt. Hierbei hat sich gezeigt,
daß die durch die Einzelmagnetfederung erst ermöglichte Verminderung der Schwebefreiheit
durch unvermeidliche Einbautoleranzen und Deformationen der Parallelführungs-(bzw.
Zwangsführungs-)Mittel, des Magnetgestells und des Elektromagneten selbst praktisch
wieder zunichte gemacht wird. Praktisch führt also die Summe dieser Kriterien dazu,
daß die mit der Einzelmagnetfederung angestrebte geringe Schwebefreiheit nicht eingehalten
werden kann, wenn Magnetberührungen an der Schienenanordnung im Regelfall nahezu
ausgeschlossen sein sollen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf mechanische Zwangsführungsmittel
für den einzeln federnd bewegbaren Elektromagneten weitgehendst zu verzichten und
dennoch eine Lagestabilisierung zu ermöglichen,bei der für seine Lageanvpassung
an den Schienenverlauf, also auch im vorgenannten Gefahrenfall einer Schienenberührung,
der Elektromagnet in Nickrichtung gegenüber seinem Gestell aktiv in Schräglagen
einstellbar und hierin haltbar ist.
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Diese Aufgabe ist bei einem Magnetschwebefahrzeug der eingangs genannten
Art gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Es ist zwar durch die vorgenannte DE-OS 26 33 647 auch schon bekannt,
durch entsprechende Regelung der Erregung des Elektromagneten seine Bewegungen in
Magnetkraftwirkungsrichtung zu stabilisieren, wobei jedoch bloß die translatorischen
Magnetbewegungen in der Normalen bzw. die translatorische Instabilität des Elektromagneten
in Betracht kommen. Dem gegenüber geht es vielmehr bei der Erfindung um ein Lösungsprinzip,
um auf regelungstechnischem Wege den Elektromagneten bezüglich Winkelbewegungen
in Nickrichtung steuern zu können. Somit ist der Elektromagnet, erforderlichenfalls
bloß noch bezüglich Rollbewegungen mechanisch stabilisiert, translatorisch und rotatorisch
(Nicken) dem Schienenverlauf aktiv anpaßbar, was geringstmögliche Werte der Schwebefreiheit
sicherstellt.
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In einem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend die Erfindung mit ihren
in den Unteransprüchen gekennzeichneten bevorzugten Ausgestaltungen weiter verdeutlicht.
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Hierzu zeigt die Zeichnung in Fig. 1 perspektivisch einen Elektromagneten
in federnder Verbindung mit seinem (nur angedeuteten) Gestell, Fig. 2 den Elektromagneten
gemäß Fig. 1 (in der Längsseitenansicht) gegenüber einer stationären (Rückschluß-)Schiene
mit weiteren Einzelheiten der Magnetfederung und -regelung.
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Der in Fig. 1, beispielsweise aus einer Reihe einzeln federnd bewegbarer
Tragnagnete eines Magnetschwebefahrzeugs, dargestellte Elektromagnet 1 ist mit Konsolen
2 eines nicht weiter dargestellten Magnetgestells über Federn 3.1, 3.2 verbunden,
wobei mittels magnet- und gestellseitig in Kugelgelenken 4.1 sitzenden Lenkern 4
bloß eine mechanische Rollstabilisation (bzw. Zwangsführung) des Elektromagneten
um seine Längsachse erfolgt; für letzteres ist natürlich die dargestellte Lenkeranordnung
nicht bindend, ebenso könnten in Magnetmitte nur in (Magnet- )Nickrichtung torsionsweiche
Federplatten als Gestellverbindungsgli eder vorgesehen werden.
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Der Elektromagnet 1 ist demnach in Magnetkraftwirkungsrichtung translatorisch
und rotatorisch (in Nickrichtung) weitgehend frei bewegbar. Um dennoch eine stabile
translatorische und (insbesondere) rotatorische Lageverstellung des Elektromagneten
1 sicherzustellen, ist er zum einen in Erstreckungsrichtung der zugeordneten stationären
(Trag-)Schiene 5 (Fig. 2) in zwei Teilmagnete 1.1, 1.2 mit je zumindest einer Einzel-
spule
6.1 bzw. 6.2 unterteilt und zum anderen an den Magnetenden jeweils über eine der
Federn 3.1, 3.2 (je Teilmagnet 1.1 bzw. 1.2) punktuell abgestützt. Hierbei ist bloß
aus Gründen der magnetischen Entkopplung eine Teilung des Magnetkerns in Hälften
7.1, 7.2 vorgesehen, deren Verbindung über eine Lasche 8 aus magnetisch nichtleitendem
Material, z.B. Aluminium oder ein austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, gewährleistet,
daß über die Federn 3.1, 3.2 der Elektromagnet 1 insgesamt als eine bauliche Einheit
(zweier gegeneinander unbeweglicher Teilmagnete) um eine zu seiner Nick-bzw. Querachse
9 parallele Querachse 10.1 oder 10.2 je Teilmagnet 1.1 bzw. 1.2 schwenkbar ist.
Diese in Fig. 1 nur beispielsweise am Kraftangriffspunkt der jeweils ursächlichen
Feder 3.1 bzw. 3.2 angedeuteten Querachsen 10.1, 10.2 werden bei der lageanpassenden
Schwenkung bzw. Nachführung des Elektromagneten 1 zur Schiene 5 bei einer Winkelbewegung
(ohne Translationsbewegungsanteil) zu einer einzigen Querachse unterhalb der Nickachse
9 zusammenfallen können, sie sind also von Augenblick zu Augenblick in ihrer Lage
sich ändernde Schwenkachsen (Momentanachsen) je nach Anteil von Winkel- und Translationsbewegangen
les Elektromagneten 1; die dargestellte Lage der Querachsen 10.1, 10.2 betrifft
etwa den Grenzfall zwischen Winkelbewegungen einerseits und Winkel- mit Translationsbewegungen
andererseits. Die Federn 3.1, 3.2 werden vorzugsweise in symmetrischer Anordnung
zur Nickachse 9 des Elektromagneten 1 in solchem Abstand zueinander angeordnet,
daß sie das für die Hickstellung des Elektromagneten aus einer Schwenklage bzw.
Auslenkung jeweils nötige Moment aufzubringen vermögen. Solche Auslenkungen in Nickrichtung
durch links- oder rechtsseitiges
Schwenken des Elektromagneten 1
(z.B. um die Querachsen 10.1 bzw. 10.2) werden gemäß Fig. 2 bei der vorbeschriebenen
Magnetausbildung und -abstützung durch eine getrennte Regelung der Stromversorgung
je Einzelspule 6.1 bzw. 6.2 erreicht. Hierbei ist, beispielsweise ausgehend von
einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 11.0, jeder Einzelspule 6.1, 6.2 gesondert
ein Gleichstrompulswandler 11.1 bzw. 11.2 zugeordnet, der von einem eigenen Regler
12.1 bzw. 12.2 seine Steuerspannung erhält. Dem jeweiligen Regler 12.1, 12.2 werden
neben dem Meßwert des der zugehörigen Einzelspule 6.1 bzw.
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6.2 zugeführten Stromes noch der Magnetkraft und dem Schienenabstand
des betreffenden Teilmagneten 1.1 bzw.
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1.2 analoge Meßgrößen zugeführt. Hierbei wird zweckmässig die Abstandsmessung
jeweils, z.B. mittels eines induktiven Spaltmessers 13.1, 13.2,über der betreffenden
Feder 3.1 bzw. 3.2, also jeweils an dem Ort des Elektromagneten 1 erfolgen, welcher
bei Lagefehlern der Schiene 5 für das größtmögliche Auslenken bzw. größtnötige Rückstellen
des betreffenden Teilmagneten 1.1 bzw. 1.2 maßgebend ist. Die Magnetkrafterfassung
kann (entgegen der sonst üblichen relativ aufwendigen Ermittlung von Kraft änderungen
im Wege der Messung von Magnetflußänderungen) in einfachster, nämlich direkter Weise
durch Kraftmeßorgane erfolgen, gemäß Fig. 2 beispielsweise Dehnungsmeßstreifen 14.1,
14.2 am jeweiligen Stützbolzen 15.1 bzw. 15.2, der das kraftleitende Bindeglied
zwischen dem Teilmagneten 1.1 bzw. 1.2 und der zugehörigen Feder 3.1 bzw. 3.2 bildet.
Hierbei kommt erforderlichenfalls für die magnetische Abschirmung des Dehnungsmeßstreifens
14.1 bzw. 14.2 das nur in Fig. 2 dargestellte, den Feder- und Magnethub begrenzende
Anschlagrohr 16.1 bzw. 16.2, u.U.
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mit einer Abdeckung, in Betracht, wobei dann auch der Stützbolzen
15.1 bzw. 15.2 aus magnetisch nichtleitendem Material bestehen wird. Alternativ
können als Kraftmeßorgane ebenso Kraftmeßdosen Verwendung finden, die z.B. zwischen
Feder 3.1 bzw. 3.2 und Konsole 2 geschaltet sind. Darüber hinaus versteht sich,
daß bedarfsweise übliche Ausgestaltungen der Federung, z.B. die Ergänzung durch
weitere Federn, Dämpfer, eine Vorspannung der jeweiligen Feder 3.1 bzw. 3.2, die
Verwendung von niveaugesteuerten Luftfedern und dergleichen, möglich sind. SchlieSlich
bleibt zu bemerken, daß die vorbeschriebene autarke Regelung des jeweiligen Teilmagneten
1.1, 1.2 wieüblich auch einen Gleichspannungsumsetzer für die Niederspannungsversorgung
des Reglers 12.1 bzw. 12.2, Spaltmessers13.1 bzw. 13.2 und Kraftmeßorgans (14.1
bzw. 14.2) aufweisen wird.
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Im übrigen ist die Erfindung nicht auf den dargestellten, als Querflußmagnet
ausgebildeten, Elektromagneten 1 beschränkt, d.h. es kommen ebenso Längsflußmagnete
mit wechselnder Polung in Magnetlängsrichtung (bzw. Schlenenerstreckungsrichtung)
in Betracht; durchaus können mehrere Einzelspulenpaare vorhanden sein. Wesentlich
ist für jede Magnetausführung, daß der Elektromagnet als bauliche Einheit zumindest
zwei getrennt regelbare Teilmagnete bildet, die jeweils für sich auf die Schiene
5 anziehend wirksam sein können.
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Aus Gründen der Lastverteilung, insbesondere bei Ausfall eines derartigen
Elektromagneten 1, wird man in der (vorerwähnten) Magnetreihe natürlich auch nach
wie vor von einem Aneinanderkuppeln sämtlicher Magnete (z.B. gemäß der DE-OS 26
26 440) Gebrauch machen
können. Den vorgenannten Anschlagrohren
16.1, 16.2 kommt bei einem Ausfall eines Teilmagneten 1.1 bzw. 1.2 (bzw. seiner
Einzelspule 6.1 bzw. 6.2) die Funktion einer Magnetschräglagenbegrenzung zu,um den
jeweils noch funktionierenden Teilmagneten ohne das Risiko des Schienenanschlagens
weiter betreiben zu können.