DE707032C - Schwebebahn - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
11.JUNI1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M707032 KLASSE 20 k GRUPPE

K1515S3 VIIIdJ20 k

3)ipl.-3ng. Hermann Kemper in Göttingen

ist als Erfinder genannt worden.

2)ipi.=3ttg, Hermann Kemper in Göttingen

Schwebebahn

Patentiert im Deutschen Reich vom 17. August 1938 an Patenterteilung bekanntgemacht am 8. Mai 1941

Es ist bekannt, daß man heute eine Eisenbahn bauen kann, bei der die Fahrzeuge keiner auf den Schienen, rollender Räder mehr bedürfen, sondern magnetisch, schwebend an den eisernen Schienen entlang geführt werden. Bei dieser Schwebebahn! tragen die Fahrzeuge, über dem Dach verteilt, mehrere Elektromagnete, die in den oberhalb der Fahrzeuge angeordneten Schienen magnetische Felder und Zugkräfte erzeugen, welche der Erdschwerkraft entgegenwirken. Durch das Zusammenwirken von vollkommen selbsttätigen, mit Strömen hoher Frequenz betriebenen Abstandssteuergeräten und gittergesteuerten Stromrichtern werden die Elektromagnete in geeigneter Weise mit Strom versorgt und das Gegenspiel zwischen den magnetischen Zugkräften und der Erdschwerkraft so gelenkt, daß die Fahrzeuge in einem bestimmten Abstand von der oberhalb liegenden Fahrschiene frei schwebend gebannt bleiben. Es ist weiter bekannt, wie die Entstehung von mechanischen Schwingungen der Fahrzeuge gegenüber den Fahrschienen verhütet und damit die Fortbewegung zu einem ruhig schwebenden Gleiten entlang den Schienen gemacht werden kann. Eine solche Schwebebahn ist besonders' für hohe und höchste Fahrgeschwindigkeiten geeignet.

Die Erfindung bringt Verbesserungen der Schwebebahn, die darin bestehen, daß an den Seiten der Fahrzeuge weitere, von ebensolchen selbsttätigen Steuergeräten beeinflußte Elektromagnete und in den mechanisch nicht zu verstellenden Weichen entsprechende seitliche Schienen angebracht sind, durch deren wahlweises Inbetriebsetzen das Einlaufen in die gewünschte Richtung bewirkt wird. Darüber hinaus wird angegeben, wie die schwebende Führung durch weitere Elektromagnete und Schienen vervollständigt werden kann.

Die Erfindung wird im einzelnen durch die Abbildungen erläutert. In der Abb. 1, die einen Querschnitt eines Schwebewagens, der Abb. 2, die eine Seitenansicht, und Abb. 3, die eine Sicht von oben auf einen Schwebewagen dar-

stellt, ist zuerst einmal gezeigt, mit welchen Einrichtungen in schon bekannter Weise ein Fahrzeug gegenüber der Erdschwerkraft in der Schwebe gehalten werden kann. Über dem S Fahrzeug ι befindet sich als Teil der festen Gleisanordnung eine breite eiserne Tragschiene 5: die Tragschiene ist allerdings nur in Abb. ι und 2 dargestellt, dagegen zur Vereinfachung in Abb. 3 fortgelassen. Das Fahrzeugdach ist mit vier voneinander unabhängigen Elektromagneten f Tragmagneten) versehen, die aus vier Eisenkernen 2, 6, ι ο, 12 und vier Wicklungen 3, 7, 9, 11 bestehen. Bei Erregung entwickeln die Magnete ein Feld, das einen Kraftliuß zwischen Tragschiene 5 und Fahrzeug 1 erzeugt. Durch zwei Kraftlinien 4, 8 ist in Abb. 1 die Form des Magnetfeldes angedeutet. Die entstehende magnetische Kraft wirkt der Erdschwerkraft entgegen. Bei einer bekannten Anordnung ist gezeigt, wie diese Magnetkraft in geeigneter Weise geregelt werden kann. Dazu sind jedem einzelnen Elektromagnet Abstandssteuergeräte räumlich und elektrisch zugeordnet. Zeichncrisch sind hier diese Teile nicht dargestellt. Die Abstandssteuergeräte bewirken^ daß jeder Elektromagnet an seiner Stelle das Fahrzeug in einen bestimmten, durch die Einrichtungen fest einstellbaren Abstand von den Schienen bannt. Das Fahrzeug schwebt frei. Es ist gezwungen, sowohl bei Stillstand als auch bei schnellster Bewegung mit der Poloberfläche seiner Tragmagnete in dem eingestellten festen Abstand von der Unterfläche der Tragschiene zu bleiben. Es ist bekannt, wie die Entstehung irgendwelcher ungewollter mechanischer Schwingungen des Fahrzeugs, die sich in periodischem Wechsel von Annäherung und Entfernung zwischen Fahrzeug und Tragschiene ausdrücken, abgedämpft und ganz verhindert werden kann. Es ist weiter bekannt, wie das Fahrzeug der Schwebebahn seine Richtungsführung bei der Fortbewegung erhält. Die magnetischen Kräfte suchen unabhängig vom Schwebevorgang stets die Tragmagnete so zu der Tragschiene einzustellen, daß sich das größtmögliche Feld ausbilden kann, d. h. die Tragmagnete stellen sich der Tragschiene gegenüber mit ihr parallel ein. Wenn die PoI-flächen der Tragschiene und der Tragmagnete gleich breit sind, wird daher immer eine Richtkraft auftreten, die aus jeder Abweichung heraus von selbst die einander entsprechenden Kanten der Poltlächen der Tragschiene und Tragmagnete genau gegenüberzustellen such:. Daüur-'h ?oigt das Schwebefahrzeug bei der Bewegung dem Lauf der Schiene.

Es wäre nun möglich, die für einen geord-

So ' tieten Betrieb mit einer solchen Schwebebahn erforderlichen Weichen in der bei der heutigen Eisenbahn üblichen Weise auszubilden. Die Tragschienen könnten, um eine Verbin i dung zwischen einem Gleis und seinen Abzweigen herzustellen, in Weichen mechanisch ⁶S verstellbar ausgeführt werden. Je nach der vor dem Befahren zu vollziehenden Einstellung würde das Fahrzeug bei der Fahrt verschiedene Richtungen einschlagen.

Aus Gründen der Sicherheit, der technischen Einfachheit und der Wirtschaftlichkeit wäre diese gewohnte Lösung für eine mit hohen Geschwindigkeiten verkehrende Schwebebahn nicht gut.

j In Abb. ι bis 3 ist nun gezeigt, wie die Schwebebahn ausgestaltet werden kann, um den Weichenaufbau und gleichzeitig den Fahrzeuglauf auf den Gleisstrecken außerhalb der Weichen zu verbessern. Es werden dazu außer der Tragschiene 5 noch zu beiden Seiten des Schwebewagens zwei weitere Schienen (Führungsschienen) 13, 17 im Fahrgleis test angebracht. Abb. ι bis 3 zeigen die Einzelteile: bei Abb. 2 ist zur Vereinfachung die Führungsschiene 13 nicht gezeichnet. Diesen Führungsschienen gegenüber befinden sich links und rechts am Fahrzeug weitere Elektromagnet < Führungsmagnete). In Abb. 1 bis 3 sind hierfür vier vorgesehen, von denen sich zwei über die Länge des Wagens auf der rechten Seite erstrecken; ihre Wicklungen sind mit 19, 24 bezeichnet, ihre Eisenkerne mit iS. 23. Zwei weitere Führungsmagnete 'Wicklungen 15, 22, Eisenkerne 14, 21) erstrecken sich auf der linken Seite über die Wagenlänge, feder dieser vier Führungsmagnete wird in der bekannten, hier nicht näher erläuterten Weise wie die Tragmagnete mit einem ihm räumlich zugeordneten Abstandsstcuergerät versehen. Dieses regelt seine Stromstärke und damit die magnetische Zugkraft. In Abb. ί sind durch die Kraftlinien 16 und 20 die entstehenden Magnetfelder angedeutet. Die gesteuerten Ma gnetkräfte bewirken, daß die Poloberfläche der Führungsmagnete in einem bestimmten, vorgegebenen Abstand von den Führungsschienen bleibt. So wie sie sich einander bei den Tragmagneten magnetische Zugkraft und Erdschwerkraft in Höhenrichtung entgegenwirken, wird hier ein Gegenspiel zwischen den Magnetkräften der rechts und links angebrachten Führungsmagnete in Seitenrichtung erzeugt. Dieses Kräftespiel kann dann in der früher bekanntgegebenen Wei?e mit Regeleintlüssen versehen werden, die elektromagnetisch jede Neigung zu mechanischen Schwingungen erd rücken.

Unter Verwendung und geeigneter Anordnung der seitlichen Führungsschienen lassen sich nun für die Schwebebahn mit hohen Ge schwindigkeiten i>ι sunders ;.;\ v-igiu-u· Weichen aufbauen. Abb. 7 und 8 erläutern dies.

Die neue Weichenanordnung für die Schwebebahn verzichtet auf jegliche mechanische Schienenverstellung und erreicht -das ' Ansteuern einer von zwei möglichen Wegrichtungen durch entsprechende Betätigung der Elektromagnete. Abb. 8 zeigt in sehr kleinem Maßstab die Anordnung einer Weiche gemäß der Erfindung. Abb. 8 ist als eine Sicht von unten aufzufassen, i", i^b, i^c und i^d sind

ίο vier einzelne Schwebe wagen, 5 ist die Tragschiene, und 13 und 17 sind die seitlichen Führungsschienen. In der Weiche selbst verbreitert sich, wenn man die Zeichnung von links nach rechts überblickt und sich auch die Wagen in dieser Richtung fahrend denkt, die Tragschiene 5 allmählich, um sich nach Erreichen der doppelten Breite in zwei voneinander unabhängige Tragschienen aufzulösen. In der Weiche wird der Abstand der beiden Führungsschienen voneinander in ähnlicher Weise allmählich größer, in der Weggabel setzt die rechte Führungsschiene für den nach links gehenden Abzweig und die linke Führungsschiene für den geradeaus führenden Wegzweig von neuem an. Nach Durchlaufen der Weiche sind die Führungsschienen beiderseits in dem gewöhnlichen Abstand wieder vorhanden.

Im einzelnen ist die Gleisanordnung und die Anordnung der Wagenmagnete in dem dargestellten Beispiel einer Weiche nach Abb. 1 bzw. Abb. 7 anzunehmen. Zum Ansteuern der gewünschten Richtung werden im Schwebewagen kurz vor Erreichen der Weiche die Führungsmagnete auf der einen Seite außer Betrieb gesetzt, während sie auf der anderen in Tätigkeit bleiben. Dieses kann durch irgendwelche selbsttätige Einrichtungen geschehen. Sind die Führungsmagnete links ausgeschaltet, so steuert der Wagen in der Gabelung nach rechts; sind auf der anderen Seite die Führungsmagnete ohne Strom, wird er nach links fahren. Nach Durchlaufen der Weiche werden die Führungsmagnete selbsttätig wieder beiderseits in geregelte Tätigkeit gesetzt.

Abb. 7 gibt in dem Schnitt durch einen Schwebewagen die Verhältnisse für einen Augenblick an, wo ein Schwebewagen wie etwa i* in Abb. 8 eine Weiche halb durchlaufen hat. Bei diesem Schwebewagen sind die Führungsmagnete 18, 19 auf der einen Seite vor der Weiche außer Betrieb gesetzt worden. Es sind nur noch zwischen den Führungsmagneten 14, 15 auf der Gegenseite und der Führungsschiene 13 magnetische Kräfte aufrechterhalten, die. durch Abstandssteuergeräte geregelt, den Schwebewagen zwingen, der Führungsschiene 13 zu folgen und dementsprechend in den Zweig der Schwebebahnstreckc einzulaufen, in den die Führungsschiene 13 ohne Unterbrechung hineinführt. Die Tragschiene 5 ist an dieser Stelle schon erheblich verbreitert, entsprechend hat die Führungsschiene 17 schon erheblichen Abstand vom Fahrzeug.

Die schwebende Führung der Fahrzeuge in einem bestimmten Abstand entlang einer Schiene ist, genau genommen, nur möglich, wenn der auf das Fahrzeug ausgeübten magnetischen Kraft eine Gegenkraft entgegensteht; denn nur durch das gegenseitige geregelte Spiel wird das Fahrzeug auf einen bestimmten Abstand gebannt. Diese Gegenkraft ist für das Fahrzeug, das in der Weiche aus der Geraden abbiegt, die Fliehkraft, die durch die Krümmung der Bahn entsteht. Wenn die andere Fahrtrichtung geradeaus geht, ist dort eine solche Gegenkraft nicht ohne weiteres da. Es ist allerdings anzunehmen, daß man für ein geradeaus fahrendes Fahrzeug praktisch auch ohne die Gegenkraft auskommen wird. Denn wenn es in Geradeausfahrt in der richtigen, ungestörten Lage vor der Weiche ankommt, wird es in der kurzen Zeitspanne der Durchfahrt durch die Weiche keine gefährlichen Ungenauigkeiten in der Seitenlage einnehmen, selbst wenn es seitlich nicht geführt würde. Man kann aber auch hier eine Gegenkraft leicht künstlich schaffen auf dem Umweg über die Tragschiene 5 und die Tragmagnete 2, 3 (Abb. 7). Man kann nämlich die geradeaus führende Tragschiene in der Weicheauf der einen Seite künstlich schmäler machen, worauf die gestrichelte Linie 25 hinweist. Dann suchen die Tragmagnete den Schwebewagen aus der Geraden seitlich abzulenken. Diese Kraft wirkt der Kraft des eingeschaltet gebliebenen Führungsmagnets 14, 15 entgegen. Wäre diese Kraft nicht da, so könnte sich das Fahrzeug von selbst der Führungsschiene 13 zu sehr nähern. Dem können die Führungsmagnete 14, 15 nicht entgegenwirken, da sie nur anziehende, aber keine abstoßenden Kräfte entfalten. Durch die Verschmälerungder Tragschiene erhält das Fahrzeug die Neigung, sich von der Führungsschiene 13 zu entfernen. Das zu verhindern, liegt aber in der Macht der eingeschalteten Führungsmagnete 14, 15 und ihrer Regelung. So ergibt sich eine für alle Fälle vollkommene Lenkung der Schwebebahnfahrzeuge in Weichen.

Die Weichenanordnung nach der Erfindung ist für hohe Geschwindigkeiten sicherer und einfacher als mechanisch verstellbare Weichen. Es ist zu bedenken, daß die Länge der Strecke vom Beginn der Verbreiterung der Tragschiene Ins hin zu dem Punkt, wo bie sich verdoppelt hat, bei Fahrgeschwindigkeiten von beispielsweise 1000 km/h in der Größenordnung von mehreren Hundert Meter liegt, wenn keine übermäßigen Seitenbeschleunigun-

gen im Fahrzeug bei der Auslenkung aus der Geraden auftreten sollen. Bei mechanischer Lenkung würde ein derartig langes Schienenstück verstellt werden müssen. Daraus erhellt, S wie verwickelt die bisher übliche Weichenbauweise werden müßte. Die Tatsache, daß auf keine Weichenverstellung gewartet zu werden braucht, bis jeweils ein neues Fahrzeug einfahren darf, erlaubt auch für die Weiche to eine gleich hohe Dichte der Wagen- oder Zugfolge wie auf gerader Strecke. Die Gefahren unrichtig bedienter Weichen entfallen. Endlich ist es leicht, die Krümmungshalbmesser für die Weichen so groß zu wählen, daß sie mit höchster Geschwindigkeit durchfahren werden können.

Die hier angegebene Weichenanordnung ist nur eine von vielen möglichen Formen. Insbesondere kann man die Anordnung umkehren, ao indem man die stromdurchflossenen und von Abstandssteuergeräten betätigten seitlichen Führungsmagnete an Stelle der Führungsschienen fest im Gleis anordnet und, wenn ein Fahrzeug die Weiche durchfährt, der Aufgabe entsprechend in Tätigkeit setzt. Die Fahrzeuge erhalten an Stelle der seitlichen Elektromagnete dann nur den Führungsschienen entsprechende lang gestreckte Eisenschienen, die die Anker für die Elektromagnete darstellen. Es ist günstig, wenn auch außerhalb der Weichen auf dem ganzen Streckenlauf der Bahn seitliche Führungsschienen vorgesehen sind und die Führungsmagnete an den Fahrzeugen auch dort in Tätigkeit gehalten werden. Es wird dadurch der Wagenlauf erheblich verbessert. Die schwebende Führung des Fahrzeugs durch die durch Abstandssteuergeräte beeinflußten Tragmagnete 2, 6, 10, 12 verhindert zwar, daß mechanische Schwingungen des schwingungsfähigen Systems, das Fahrzeugmasse einerseits und elektromagnetische Kräfte bzw. Erdschwerkraft anderseits bilden, insofern entstehen können, als es sich um eine gegenseitige Annäherung oder Entfernung von Fahrzeug und Tragschiene in Höhenrichtung handelt. Sie verhindern aber nicht das Entstehen von Schwingungen, bei denen sich das Fahrzeug in Seitenrichtung hin und her bewegt, wobei sich also die Kanten der Tragschienen- und der Polflächen in waagerechter Richtung gegeneinander verschieben. Solche Schwingungen können durch Ungenauigkeiten im Schienenlauf bei der Fahrt leicht angestoßen werden.

Wenn auf der ganzen Bahnstrecke so wie in den Weichen seitliche Führungsschienen vorge-. sehen sind, so läßt sich durch die seitlichen Fahrzeugmagnete mit Hilfe der diesen zugeordneten Steuergeräte der Seitenabstand genau 60' halten. Jede unerwünschte Schwingung in Seitenrichtung läßt sich ebenfalls auslöschen.

Die Abb. 4, 5 und 6 zeigen andere Möglichkeiten für die Anordnung der Magnete an Schwebebahnfahrzeugen und die Anordnung der Schienen im Gleis, wobei eine einwandfreie Führung sowohl in Höhen- wie Seitenrichtung durchführbar ist. So sind in dem Beispiel nach Abb. 4 die Aufgaben der Tragmagnete und Führungsmagnete vereinigt. Links wie rechts befindet sich über dem Fahrzeug je eine breite Fahrschiene 13, 17 ingegensinander geneigter Lage. Am Schwebewagen selbst sind die Magnete 14, 18 dementsprechend angebracht. Die unabhängig voneinander durch zugeordnete Abstandssteuergeräte geregelten Magnetfelder 16, 20 sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine andere Lösung zeigt Abb. 5, wo die Magnetfelder 16, S, 20 ebenfalls gekennzeichnet sind. Die Fahrschiene 5 ist hier ein einziges gebogenes breites Eisenband. Abb. 6 zeigt endlich, daß man die Tragmagnete (Eisenkerne 2, 6 und Wicklungen 3, 7) auch unterhalb des Fahrzeugs anbringen kann, wenn man der Tragschiene 5 im Gleis eine entsprechende Lage gibt. Die Bedeutung der Zeichen in Abb. 6 ist im übrigen dieselbe wie in Abb. 1.

Das Prinzip mechanisch unverstellbarer Weichen läßt sich auf die Form nach Abb. 5 und 6 übertragen, dagegen auf die nach Abb. 4 go nicht ohne .weiteres.

Es ist bekannt, daß die Schwebebahn bei hohen Geschwindigkeiten mit Vorteil in dichten Rohren fährt, in denen die Luft stark verdünnt worden ist. Dadurch kann der Widerstand der Luft bei der Fahrt weitgehend ausgeschaltet werden. Es zeigt sich, daß es besser ist, in die Fahrrohre statt gewöhnlicher verdünnter Luft verdünnten Wasserstoff einzufüllen. Wasserstoff ergibt bei gleichem Druck einen zehnmal geringeren Widerstand als Luft.

Claims (4)

1. PA TENTA N SPU Ü CIIE :

   i. Schwebebahn, bei der die Fahrzeuge entgegen der Erdschwerkraft durch die '05 Zugkräfte von Elektromagneten an oberhalb liegenden eisernen Fahrschienen frei schwebend gehalten und entlang geführt werden und in Höhenrichtung durch Steuergeräte, die selbsttätig geeignete Änderungen der elektromagnetischen Kräfte bewirken, gegen das Entstehen von !Schwingungsvorgängen bei der Bewegung gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seiten der Fahrzeuge weitere, von ebensolchen selbsttätigen Steuergeräten beeinflußte Elektromagnet^ und in den mechanisch nicht zu verstellenden Weichen entsprechende seitliche Schienen angebracht sind, durch deren wahlweises Inbetriebsetzen das Einlaufen in die gewünschte Richtung bewirkt wird.

   707082
2. 2. Schwebebahn nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete für die Steuerung des Wagenlaufes in den Weichen nicht an den Fahrzeugen, sondern in den Weichen fest angebracht sind und die Fahrzeuge seitlich nur eiserne Anker tragen, auf die die Schienenelektromagnete wirken.
3. 3. Schwebebahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Fahrstrecken außerhalb der Weichen mit Seitenschienen versehen sind und daß dor die seitlichen Fahrzeugmagnete von dei Steuergeräten derart unter Strom gesetz werden, daß wie in der Höhenrichtunj durch die Tragmagnete und deren Steuc rung auch in Seitenrichtung jede möglich Fahrzeugschwingung abgedämpft wird.
4. 4. Schwebebahn nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Fahl rohre eine Füllung von stark verdünnter Wasserstoff erhalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen