EP1756365B1 - Fahrwegträger und damit hergestellte magnetschwebebahn - Google Patents

Fahrwegträger und damit hergestellte magnetschwebebahn Download PDF

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EP1756365B1
EP1756365B1 EP05766949A EP05766949A EP1756365B1 EP 1756365 B1 EP1756365 B1 EP 1756365B1 EP 05766949 A EP05766949 A EP 05766949A EP 05766949 A EP05766949 A EP 05766949A EP 1756365 B1 EP1756365 B1 EP 1756365B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guideway
carrier according
coating
gliding
guideway carrier
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP05766949A
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English (en)
French (fr)
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EP1756365A1 (de
Inventor
Luitpold Miller
Werner Hufenbach
Qinghua Zheng
Klaus Kunze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Transrapid GmbH
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Transrapid GmbH filed Critical ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Publication of EP1756365A1 publication Critical patent/EP1756365A1/de
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Not-in-force legal-status Critical Current
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B25/00—Tracks for special kinds of railways
    • E01B25/30—Tracks for magnetic suspension or levitation vehicles
    • E01B25/305—Rails or supporting constructions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B25/00—Tracks for special kinds of railways
    • E01B25/30—Tracks for magnetic suspension or levitation vehicles
    • E01B25/32—Stators, guide rails or slide rails

Definitions

  • the invention relates to a track carrier of the type specified in the preamble of claim 1 and a magnetic levitation train thus produced.
  • the trajectories of magnetic levitation trains are composed of guideways, which in addition to the specific for driving the vehicles, often designed as a stator packs of long-stator linear motors drive means and intended for tracking side guide rails also so-called sliding surfaces have, for example EP-B1-0 381 136 , These are usually mounted on the upper surface of the guideway support and serve both during normal stopping and in emergencies to settle the vehicles by means of attached to their underside skids.
  • the designations "sliding" surface and “sliding" blade are intended to express that the skids can be discontinued not only at a standstill, but also while driving the vehicles on the sliding surfaces and then be moved on this sliding until the Vehicle comes to a halt.
  • Such a situation may occur, for example, in the event of failure of a support magnet, because then an associated portion of the vehicle or its floating frame so far drops that the vehicle touches with at least one skid on the sliding surface.
  • an associated portion of the vehicle or its floating frame so far drops that the vehicle touches with at least one skid on the sliding surface.
  • the magnetic levitation vehicles high speeds of 400 km / h and induces more considerable frictional energies, and as a result, high temperatures and intensive wear occur in the area of the affected sliding partners.
  • the invention is therefore based on the technical problem of designing the sliding surfaces of the initially-mentioned guideway carrier so that not only the sliding properties of the sliding pair sliding surface / skid improved, but also wear and thus low-maintenance coatings are obtained.
  • the sliding surfaces according to the invention are provided with a matched to the Gleitkuferumaterial coating of ceramic material or ceramic hard materials, the sliding properties can be optimized so that a magnetic levitation vehicle od failure of a supporting magnet. Like still a relatively long distance can cover, without resulting in a critical for the infrastructure and / or the vehicle situation. The resulting increase in the distances between the planned along the guideway workshops reduces the investment and operating costs considerably.
  • the extremely low wear of the sliding surfaces in an emergency deposition or when driving with maintenance and assembly vehicles also brings the advantage of significantly increased maintenance intervals with it.
  • Fig. 1 schematically shows a cross section through a magnetic levitation railway with a drive in the form of a long stator linear motor.
  • the maglev train includes a plurality of guideways 1, which are arranged one behind the other in the direction of a predetermined route and on the undersides of track plates 2 arranged, provided with windings stator 3 carry packages.
  • vehicles 4 can run with support magnets 5, which are opposite to the undersides of the stator 2 and at the same time provide the exciter field for the long-stator linear motor.
  • the z. B. as the surfaces of special, attached to the track plates 2 Gleitancen 7 are formed.
  • the sliding surfaces 6 cooperate with attached to the undersides of the vehicles 4 skids 8, which are at a standstill of the vehicles 4 are supported on the sliding surfaces 6, so that between the stator 3 and the supporting magnet 5 comparatively large gaps 9 are present.
  • the supporting magnets 5 are activated to lift the skids 8 of the sliding surfaces 6 and in the suspended state produced thereby the size of the gap 9 on z. B. 10 mm. Thereafter, the vehicle 4 is set in motion.
  • Magnetic levitation railways of this type are generally known to the person skilled in the art (eg " New traffic technologies ", Henschel Magnetic Technology 6/86 ).
  • a roadway carrier 11 made of concrete is indicated, which is provided on its upper side with an elevation or strip 12 produced in one piece with it, which on its upper side has a sliding surface 14 for the skids 8 of the magnetic levitation vehicle 4 Fig. 1 having.
  • Such concrete track carrier 11 are z. B. from the Pamphlets ZEV Glas.Ann 105, 1989, pp. 205-215 or " Maglev Transrapid, the New Dimension of Traveling ", Hestra Verlag Darmstadt 1989, p. 21 - 23 which are hereby incorporated by reference to them as subject of the present disclosure.
  • the sliding surfaces 14 are provided according to the invention with a coating containing two superimposed layers 15 and 17.
  • the inner layer 15 is applied directly to the sliding surface 14, while the layer 17 is formed as an outer layer, so that the track support 11 after Fig. 2 actually the upper surface of the outer layer 17 should be referred to as the sliding surface, as normally only with the skids 8 after Fig. 1 comes into contact.
  • Fig. 2 further provided to produce the coating at least in an outer region of a friction and low-wear, to be matched to the material of the skids 8 ceramic material.
  • This ceramic material is particularly advantageously made of an oxide ceramic, in particular a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ).
  • both layers 15 and 17 contain an oxide ceramic material.
  • the inner layer 15 which is applied to the existing concrete sliding surface 14 of the guideway carrier 1, expedient of a tough and ductile material to achieve good adhesion to the concrete and possibly compensate for different thermal expansion of the individual components at least partially.
  • the first layer 15 predominantly or even a mixture of 50 to 70 percent by weight of alumina and the balance 50 to 30 percent by mass of titanium dioxide, while the outer layer 17 z. B. contains at least about 90 percent by weight of alumina and the balance up to 10 percent by mass of titanium dioxide.
  • Fig. 3 it is a track in composite construction, which contains a plurality of successively arranged, made of concrete guideways 18, in the upper surfaces made of steel, provided with sliding surfaces 19 slide strips 20 are inserted (eg. EP-B1-0 381 136 ).
  • the sliding surfaces 19 are in the embodiment slightly above the surface of the rest of the guideway carrier 18 and can be provided in a conventional manner with a corrosion protection layer.
  • the coating contains an internal, analogous to the layer 15 after Fig. 2 trained situation 22.
  • the additive which in the embodiment of the Fig. 3 z. B. is a polymeric polyurethane resin, in a proportion of z. B. 20 to 40 percent by weight graphite is added as a lubricant, applied in the form of an outer layer 23.
  • the fact that the Surface of the ceramic material layer 22 has a comparatively large roughness, especially when applied by a thermal spraying method, as in Fig. 3 is schematically indicated by roughness peaks 24 and Rauheitstäler 25. This could lead to the final sliding properties being obtained only after a certain break-in period and after the grinding of the roughness peaks 24, which is undesirable.
  • the polymeric polyurethane resin with graphite as incorporated lubricant or lubricant here serves the purpose of adding the roughness valleys 25 of the layer 22 with a tribologically active material or to fill and seal. This ensures that the desired improved friction and wear behavior is obtained immediately after the application of the coating.
  • the coating shows a pronounced running-in behavior, ie, a stationary state with a low coefficient of friction is obtained only after a smoothing of the roughness peaks 24 of the layer 22 obtained by wear.
  • a particular advantage of the embodiment according to Fig. 3 There is also the fact that the inner layer 22 immediately after a degradation due to wear of the outer layer 23 in terms of the desired wear properties is fully functional.
  • the resin system used as additive is preferably a conventional, provided at the manufacturer with a tribologically active component system which is like the layer 22 of ceramic material applied by a spray or rolling process on the sliding surface 19.
  • the ceramic material is preferably applied to the sliding surfaces 14, 19 by a thermal spraying method. Suitable for this purpose are z.
  • a thermal spraying method Suitable for this purpose are z.
  • spray additives are used in the form of powders or wires.
  • layer materials for the existing of ceramic material or at least predominantly containing layers 15, 17 and 22 are preferably used aluminum oxide and titanium dioxide of various compositions.
  • ceramic materials metallic and non-metallic resin materials and mixtures of these materials with metallic constituents or plastics, which are generally referred to as "ceramic materials" in the context of the present application.
  • these tribologically optimized materials can be applied to all types of guideways because they adhere well to concrete, steel or hybrid structures.
  • a roadway carrier made of concrete Fig. 2 is pretreated with a sandblasting process. Subsequently, the sliding surface is coated with a non-metallic hard material layer of a mixture of Al 2 O 3 and TiO 2 .
  • the overall layer consists of two individual layers 15 and 17 applied separately in succession.
  • the inner, concrete-facing layer 15 consists of 60% Al 2 O 3 and 40% TiO 2 . It has a thickness of 0.3 mm and is comparatively tough and ductile.
  • the outer layer 17, which is characterized by very good wear properties, is also 0.3 mm thick and consists of 97% Al 2 O 3 and 3% TiO 2 .
  • the coating process used is flame spraying.
  • the finished coating has a thickness of about 0.6 mm and excellent sliding properties with very little wear, especially when using skids 8 from the above, with carbon fibers reinforce ceramic materials based on C-CSiC.
  • the surface of a hybrid guideway carrier after Fig. 3 made of concrete and steel is pretreated with a grinding process.
  • a graded structure of the coating is realized.
  • the flame spraying is used.
  • the outer layer 23 is a 0.3 mm thick coating based on a polymeric PU resin with 30% graphite.
  • the finished coating has a thickness of about 0.7 mm and excellent sliding properties.
  • the remaining after abrasion of the outer polyurethane resin layer 23 hard material layer has a high wear resistance and good, immediately available sliding properties. This is especially true because the roughness valleys 25 od with polyurethane resin. Like. Are filled and the roughness peaks 24 therefore have no significant effect on the desired low frictional resistance. Particularly favorable conditions result in connection with skids 8 from the above-mentioned, carbon fiber-reinforced ceramic material based on C-CSiC.
  • the invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways. This applies in particular with regard to in a particular case existing structure of the guideway carrier, which may be in addition to the described concrete and / or composite structures also completely made of steel guideway.
  • the term "track carrier" in the present invention includes all suitable for the production of roads for magnetic levitation vehicles of the type described constructions (support, plate and modular designs and the like) regardless of whether the sliding surfaces 14, 19 at elevations of concrete beams or on special sliding strips made of steel or concrete are provided, which are connected by composite construction or by welding, screws or otherwise with other components to the finished guideways or simply consist of the substantially flat surfaces of the concrete, composite or steel beams.
  • the coating materials exemplified also completely or partially replaced by other materials with corresponding properties, other proportions of the additive in the position 23 of Fig. 3 applied and other than the described thicknesses for the different layers can be selected and be, with thicknesses of a maximum of 1 mm are preferred.
  • a matrix material for the outer layer 23 could alternatively z.
  • a material based on an epoxy or acrylate resin may be used.
  • the increase in the forceps measure caused by the coating could also be compensated by a corresponding change in the skids 8.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fahrwegträger der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und eine damit hergestellte Magnetschwebebahn.
  • Die Fahrwege von Magnetschwebebahnen werden aus Fahrwegträgern zusammengesetzt, die neben den zum Antrieb der Fahrzeuge bestimmten, häufig als Statorpakete von Langstator-Linearmotoren ausgebildeten Antriebsmitteln und den zur Spurführung bestimmten Seitenführungsschienen auch sog. Gleitflächen aufweisen z.B. EP-B1-0 381 136 . Diese sind meistens auf der oberen Oberfläche der Fahrwegträger angebracht und dienen sowohl beim normalen Anhalten als auch in Notfällen zum Absetzen der Fahrzeuge mit Hilfe von an deren Unterseiten angebrachten Gleitkufen. Die Bezeichnungen "Gleit"-Fläche und "Gleit"-Kufe sollen dabei zum Ausdruck bringen, daß die Gleitkufen nicht nur im Stillstand, sondern auch während der Fahrt der Fahrzeuge auf den Gleitflächen abgesetzt werden können und dann auf diesen gleitend fortbewegt werden, bis das Fahrzeug zum Stillstand kommt. Eine solche Situation kann beispielsweise beim Ausfall eines Tragmagneten eintreten, weil dann ein zugehöriger Abschnitt des Fahrzeugs bzw. seines Schweberahmens so weit absinkt, daß das Fahrzeug mit wenigstens einer Gleitkufe auf der Gleitfläche aufsetzt. Dadurch werden bei den mit Magnetschwebefahrzeugen erzielbaren hohen Geschwindigkeiten von 400 km/h und mehr beträchtliche Reibungsenergien induziert, und infolge dessen treten hohe Temperaturen und ein intensiver Verschleiß im Bereich der betroffenen Gleitpartner auf.
  • Bisher wurde den im Fall von Notabsetzungen auftretenden Reibungsverhältnissen wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Die Gleiteigenschaften ergaben sich vielmehr mehr oder weniger zufällig aus den für die Gleitkufen und die Gleitflächen verwendeten Materialien. Dabei wurde vorausgesetzt, daß die Gleitflächen wie die Fahrwegträger aus Stahl oder Beton bestehen und die Gleitkufen aus einem Material hergestellt werden müssen, das sich gegenüber Stahl oder Beton durch eine hohe Abriebfestigkeit auszeichnet. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang auch, die Gleitflächen an Gleitleisten aus Stahl auszubilden und mit Korrosionsschutzschichten aus Zinkstaub und Eisenglimmer auf Epoxidharz- bzw. Polyurethanbasis zu versehen.
  • Beim praktischen Betrieb von Magnetschwebebahnen der beschriebenen Art hat sich ergeben, daß die auf diese Weise erzielten Gleiteigenschaften aus verschiedenen Gründen nicht ausreichen. Es kann insbesondere erwünscht sein, die Reparatur oder Wartung defekter Fahrzeuge nicht sofort und irgendwo längs des Fahrwegs durchzuführen, sobald ein Defekt auftritt, sondern die defekten Fahrzeuge, soweit möglich, noch bis zum Erreichen einer für Reparatur- und Wartungsarbeiten geeigneten Werkstatt weiterfahren zu lassen. In derartigen Fällen würden die beim Ausfall von Tragmagneten auftretenden hohen Reibungskräfte zwischen den bisher bekannten Gleitkufen und Gleitflächen allerdings zu hohen mechanischen Belastungen und Temperaturen führen, so daß ein sicheres, ohne vorherigen vollständigen Verschleiß der Gleitkufen und/oder Gleitflächen erfolgendes Erreichen der jeweils nächsten Werkstatt nur dadurch sichergestellt werden könnte, daß die Werkstätten längs des Fahrwegs in vergleichsweise kurzen Abständen angeordnet werden. Bei zu großen Abständen zwischen den Werkstätten würden viele Defekte an den Fahrzeugen auch zu einer Beschädigung der Gleitflächen führen und daher eine Reparatur der betreffenden Gleitflächen und ggf. des kompletten Fahrwegs erforderlich machen, was mit erheblichen Betriebskosten verbunden wäre und vermieden werden muß.
  • Zur Vermeidung dieser Probleme ist bereits vorgeschlagen worden, die Gleitflächen der Fahrwegträger zumindest in ihren äußeren Bereichen mit Polyurethan-Acryl-Deckschichten zu versehen, denen ein reibungs- und verschleißminderndes Material wie z. B. Graphit und/oder Polytetrafluoräthylen beigemischt ist. Mit derartigen Beschichtungen lassen sich die beschriebenen, kostenintensiven Reparaturarbeiten aber nicht ausreichend reduzieren. Praktische Versuche mit derartigen Beschichtungen haben vielmehr ergeben, daß diese zwar zu günstigeren Reibwerten als bisher führen, aber nicht ausreichend verschleißarm sind. Das gilt insbesondere dann, wenn die Fahrwegträger, was in der Praxis allgemein üblich ist, auch von Wartungs- und Montagefahrzeugen befahren werden, die die Gleitflächen als Fahrwege nutzen und häufig abgebremst und beschleunigt werden, und/oder die Gleitflächen, was unvermeidlich ist, zumindest teilweise mit aufgewirbeltem Sand und ähnlichen Verunreinigungen belegt sind. Eine Folge davon ist, daß insbesondere die Beschichtungen der Gleitflächen kostenintensive Instandhaltungs- oder Erneuerungsarbeiten erfordern.
  • Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, die Gleitflächen der eingangs bezeichneten Fahrwegträger so auszubilden, daß nicht nur die Gleiteigenschaften der Gleitpaarung Gleitfläche/Gleitkufe verbessert, sondern auch verschleiß- und damit wartungsarme Beschichtungen erhalten werden.
  • Zur Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 14.
  • Dadurch, daß die erfindungsgemäßen Gleitflächen mit einer auf das Gleitkuferumaterial abgestimmten Beschichtung aus Keramikmaterial bzw. keramischen Hartstoffen versehen sind, können die Gleiteigenschaften derart optimiert werden, daß ein Magnetschwebefahrzeug beim Ausfall eines Tragmagneten od. dgl. bzw. beim Aufsetzen wenigstens einer Gleitkufe auf der Gleitfläche noch eine vergleichsweise lange Wegstrecke zurücklegen kann, ohne daß sich eine für den Fahrweg und/oder das Fahrzeug kritische Situation ergibt. Die dadurch mögliche Vergrößerung der Abstände zwischen den längs des Fahrwegs vorzusehenden Werkstätten reduziert die Investitions- und Betriebskosten erheblich. Der äußerst geringe Verschleiß der Gleitflächen bei einer Notabsetzung oder beim Befahren mit Wartungs- und Montagefahrzeugen bringt außerdem den Vorteil erheblich vergrößerter Instandhaltungsintervalle mit sich.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine übliche Magnetschwebebahn mit einem Fahrwegträger und einem Fahrzeug;
    • Fig. 2 eine schematische, perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwegträgers aus Beton, wobei eine ebenfalls aus Beton bestehende Gleitfläche mit einer übertrieben dick dargestellten Beschichtung aus Keramikmaterial versehen ist; und
    • Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Teilansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwegträgers aus Beton, in den eine aus Stahl bestehende Gleitleiste eingesetzt ist, die eine Beschichtung aus Keramikmaterial und einem Zusatzstoff aufweist.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Magnetschwebebahn mit einem Antrieb in Form eines Langstator-Linearmotors. Die Magnetschwebebahn enthält eine Vielzahl von Fahrwegträgern 1, die in Richtung einer vorgegebenen Trasse hintereinander angeordnet sind und an den Unterseiten von Fahrwegplatten 2 angeordnete, mit Wicklungen versehene Statorpakete 3 tragen. Längs der Fahrwegträger 1 können Fahrzeuge 4 mit Tragmagneten 5 verkehren, die den Unterseiten der Statorpakete 2 gegenüber stehen und gleichzeitig das Erregerfeld für den Langstator-Linearmotor bereit stellen.
  • An den Oberseiten der Fahrwegplatten 2 sind in Fahrtrichtung erstreckte Gleitflächen 6 vorgesehen, die z. B. als die Oberflächen von speziellen, an den Fahrwegplatten 2 befestigten Gleitleisten 7 ausgebildet sind. Die Gleitflächen 6 wirken mit an den Unterseiten der Fahrzeuge 4 befestigten Gleitkufen 8 zusammen, die im Stillstand der Fahrzeuge 4 auf den Gleitflächen 6 abgestützt sind, so daß zwischen den Statorpaketen 3 und den Tragmagneten 5 vergleichsweise große Spalte 9 vorhanden sind. Für eine Fahrt werden zunächst die Tragmagnete 5 aktiviert, um die Gleitkufen 8 von den Gleitflächen 6 abzuheben und in dem dadurch hergestellten Schwebezustand die Größe des Spalts 9 auf z. B. 10 mm einzustellen. Danach wird das Fahrzeug 4 in Bewegung gesetzt.
  • Magnetschwebebahnen dieser Art sind dem Fachmann allgemein bekannt (z. B. "Neue Verkehrstechnologien", Henschel Magnetfahrtechnik 6/86).
  • In Fig. 2 ist ein aus Beton hergestellter Fahrwegträger 11 angedeutet, der an seiner Oberseite mit einer einstückig mit ihm hergestellten Erhebung bzw. Leiste 12 versehen ist, die auf ihrer Oberseite eine Gleitfläche 14 für die Gleitkufen 8 des Magnetschwebefahrzeugs 4 nach Fig. 1 aufweist. Derartige Beton-Fahrwegträger 11 sind z. B. aus den Druckschriften ZEV-Glas.Ann 105, 1989, S. 205 - 215 oder "Magnetbahn Transrapid, die neue Dimension des Reisens", Hestra Verlag Darmstadt 1989, S. 21 - 23 bekannt, die hiermit durch Referenz auf sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.
  • Während die Leisten 12 bisher wie die Fahrwegträger 11 aus Beton bestehen, sind die Gleitflächen 14 erfindungsgemäß mit einer Beschichtung versehen, die zwei übereinander angeordnete Lagen 15 und 17 enthält. Dabei ist die innere Lage 15 unmittelbar auf die Gleitfläche 14 aufgebracht, während die Lage 17 als äußere Lage ausgebildet ist, so daß beim Fahrwegträger 11 nach Fig. 2 eigentlich die obere Oberfläche der äußeren Lage 17 als die Gleitfläche bezeichnet werden müßte, da im Normalfall nur sie mit den Gleitkufen 8 nach Fig. 1 in Berührung kommt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird allerdings vorgezogen, die Oberfläche 14 der Leiste 12 als die eigentliche Gleitfläche und die aus den Lagen 15 und 17 bestehende Schicht als Beschichtung der Gleitfläche 14 zu bezeichnen.
  • Erfindungsgemäß ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weiter vorgesehen, die Beschichtung zumindest in einem äußeren Bereich aus einem reibungs- und verschleißarmen, auf das Material der Gleitkufen 8 abzustimmenden Keramikmaterial herzustellen.
  • Dieses Keramikmaterial besteht mit besonderem Vorteil aus einer Oxid-Keramik, insbesondere einer Mischung aus Aluminiumoxid (Al2O3) und Titandioxid (TiO2).
  • Vorzugsweise enthalten beide Lagen 15 und 17 einen oxidkeramischen Werkstoff. Dabei besteht die innere Lage 15, die auf die aus Beton bestehende Gleitfläche 14 des Fahrwegträgers 1 aufgebracht wird, zweckmäßig aus einem zähen und duktilen Material, um eine gute Haftung auf dem Beton zu erzielen und ggf. unterschiedliche Wärmeausdehnungen der einzelnen Komponenten zumindest teilweise auszugleichen. Dagegen besteht die äußere Lage 17, die die Gleitpaarung mit den Gleitkufen 8 bildet, vorzugsweise aus einem Material mit sehr geringen Verschleißeigenschaften. Zu diesem Zweck kann z. B. die erste Lage 15 überwiegend oder auch ausschließlich eine Mischung von 50 bis 70 Massenprozent Aluminiumoxid und als Rest 50 bis 30 Massenprozent Titandioxid enthalten, während die äußere Lage 17 z. B. wenigstens etwa 90 Massenprozent Aluminiumoxid und als Rest bis zu 10 Massenprozent Titandioxid enthält.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich um einen Fahrweg in Verbundbauweise, der eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten, aus Beton hergestellten Fahrwegträgern 18 enthält, in deren obere Oberflächen aus Stahl gefertige, mit Gleitflächen 19 versehene Gleitleisten 20 eingelegt sind (z. B. EP-B1-0 381 136 ). Die Gleitflächen 19 stehen im Ausführungsbeispiel etwas über die Oberfläche des übrigen Fahrwegträgers 18 vor und können in an sich bekannter Weise mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sein.
  • Erfindungsgemäß ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine Beschichtung vorgesehen, die wie in Fig. 2 eine Mischung von Aluminiumoxid und Titandioxid, jedoch außerdem wenigstens einen Zusatzstoff enthält. Zu diesem Zweck enthält die Beschichtung eine innere, analog zur Lage 15 nach Fig. 2 ausgebildete Lage 22. Dagegen wird der Zusatzstoff, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 z. B. ein polymeres Polyurethanharz ist, dem in einem Anteil von z. B. 20 bis 40 Massenprozent Graphit als Gleitmittel beigemischt ist, in Form einer äußeren Lage 23 aufgebracht.
  • Weiter wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Umstand berücksichtigt, daß die Oberfläche der aus dem Keramikmaterial bestehenden Lage 22 insbesondere bei deren Aufbringung durch ein thermisches Spritzverfahren eine vergleichsweise große Rauhigkeit besitzt, wie in Fig. 3 schematisch durch Rauheitsspitzen 24 und Rauheitstäler 25 angedeutet ist. Das könnte dazu führen, daß die endgültigen Gleiteigenschaften erst nach einer gewissen Einlaufzeit und nach dem Abschleifen der Rauheitsspitzen 24 erhalten werden, was unerwünscht ist. Das polymere Polyurethanharz mit Graphit als inkorporiertem Schmierstoff bzw. Gleitmittel dient hier dem Zweck, die Rauheitstäler 25 der Lage 22 mit einem tribologisch aktiven Werkstoff zuzusetzen bzw. zu füllen und zu versiegeln. Dadurch wird erreicht, daß das gewünschte verbesserte Reibungs- und Verschleißverhalten unmittelbar nach dem Aufbringen der Beschichtung erhalten wird. Insbesondere wird vermieden, daß die Beschichtung ein ausgeprägtes Einlaufverhalten zeigt, d. h. ein stationärer Zustand mit geringem Reibwert erst nach einer durch Verschleiß erhaltenen Glättung der Rauheitsspitzen 24 der Lage 22 erhalten wird. Ein besonderer Vorteil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 besteht außerdem darin, daß die innere Lage 22 nach einem durch Verschleiß bedingten Abbau der äußeren Lage 23 im Hinblick auf die gewünschten Verschleißeigenschaften sofort voll funktionsfähig ist.
  • Das als Zusatzstoff verwendete Harzsystem ist vorzugsweise ein übliches, beim Hersteller mit einer tribologisch aktiven Komponente versehenes System, das wie die Lage 22 aus Keramikmaterial durch einen Spritz- oder Rollprozeß auf die Gleitfläche 19 aufgebracht wird.
  • Zur Verbesserung der Haftung der inneren Lagen 15, 22 an den Gleitflächen 14, 19 ist es zweckmäßig, diese vorher einer Sandstrahl-Behandlung, einem Schleifprozeß od. dgl. zu unterwerfen, um sie dadurch aufzurauhen.
  • Das Keramikmaterial wird vorzugsweise durch ein thermisches Spritzverfahren auf die Gleitflächen 14, 19 aufgebracht. Geeignet für diesen Zweck sind z. B. das Flamm- und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Plasmaspritzen, Detonationsspritzen, Laserspritzen, Lichtbogenspritzen oder Kaltgasspritzen, wobei vorzugsweise Spritzzusätze in Form von Pulvern oder Drähten verwendet werden.
  • Als Schichtwerkstoffe für die aus Keramikmaterial bestehenden oder dieses zumindest überwiegend enthaltenden Lagen 15, 17 bzw. 22 werden vorzugsweise Aluminiumoxid und Titandioxid verschiedener Zusammensetzungen eingesetzt. Alternativ können aber auch andere Materialien auf der Basis von keramischen Werkstoffen bzw. metallischen und nichtmetallischen Harzstoffen sowie Gemische aus diesen Materialien mit metallischen Bestandteilen oder Kunststoffen Anwendung finden, die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung allgemein als "Keramikmaterialien" bezeichnet sind. Außerdem lassen sich diese tribologisch optimierten Materialien auf alle Formen von Fahrwegträgern anwenden, da sie auf Beton, Stahl oder Hybridstrukturen im wesentlichen gut haften.
  • Besonders günstige Reibungs- und Verschleißeigenschaften werden außerdem im tribologischen Kontakt mit SiC-Gleitkufenwerkstoffen erzielt. Nachfolgend werden daher zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele angegeben, die jeweils auf ein Gleitkufenmaterial aus C-CSiC optimal abgestimmt sind und derzeit in Verbindung mit Beton- bzw. Hybrid-Fahrwegträgern für am besten gehalten werden. Hierbei handelt es sich um einen mit Kohlenstoffasern verstärkten Kohlenstoff C-C, der zum Teil mit Silicium zur Reaktion gebracht wird, so daß sich teilweise Siliciumcarbid (SiC) bildet, das dem Kohlenstoff die benötige Härte gibt. Das fertige Gleitkufenmaterial kann daher als eine mit Kohlenstoffasern verstärkte und mit SiC angereicherte Kohlenstoff-Keramik bezeichnet werden.
    • Beispiel 1
  • Ein Fahrwegträger aus Beton nach Fig. 2 wird mit einem Sandstrahlverfahren vorbehandelt. Anschließend wird dessen Gleitfläche mit einer nichtmetallischen Hartstoffschicht aus einem Gemisch von Al2O3 und TiO2 beschichtet. Die Gesamtschicht besteht aus zwei nacheinander separat aufgetragenen Einzelschichten 15 und 17. Die innere, dem Beton zugewandte Schicht 15, besteht aus 60 % Al2O3 und 40 % TiO2. Sie weist eine Stärke von 0,3 mm auf ist vergleichsweise zäh und duktil. Die äußere Schicht 17, die sich durch sehr gute Verschleißeigenschaften auszeichnet, ist ebenfalls 0,3 mm stark und besteht aus 97 % Al2O3 und 3 % TiO2. Als Beschichtungsverfahren kommt das Flammspritzen zum Einsatz.
  • Die fertige Beschichtung besitzt eine Dicke von ca. 0,6 mm und ausgezeichnete Gleiteigenschaften bei sehr geringem Verschleiß, insbesondere bei Anwendung von Gleitkufen 8 aus den oben genannten, mit Kohlenstoffasern verstärken Keramikmaterialien auf der Basis C-CSiC.
    • Beispiel 2
  • Die Oberfläche eines Hybrid-Fahrwegträgers nach Fig. 3 aus Beton und Stahl wird mit einem Schleifverfahren vorbehandelt. Zu einer teilweisen Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der einzelnen Strukturkomponenten wird ein gradierter Aufbau der Beschichtung realisiert. Wie beim Beispiel 1 besteht die innere, dem Fahrwegträger zugewandte und 0,4 mm starke Schicht 22 aus 60 % Al2O3 und 40 % TiO2. Als Beschichtungsverfahren kommt wiederum das Flammspritzen zum Einsatz. Als äußere Schicht 23 wird eine 0,3 mm starke Beschichtung auf der Basis eines polymeren PU-Harzes mit 30 % Graphit aufgebracht.
  • Die fertige Beschichtung besitzt eine Dicke von ca. 0,7 mm und ausgezeichnete Gleiteigenschaften. Die nach Abrieb der äußeren Polyurethanharzschicht 23 verbleibende Hartstoffschicht besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit und gute, sofort verfügbare Gleiteigenschaften. Das gilt insbesondere deshalb, weil die Rauheitstäler 25 mit Polyurethanharz od. dgl. gefüllt sind und die Rauheitsspitzen 24 daher keinen wesentlichen Einfluß auf den gewünschten geringen Reibwiderstand haben. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich in Verbindung mit Gleitkufen 8 aus dem oben genannten, mit Kohlenstoffasern verstärkten Keramikmaterial auf der Basis von C-CSiC.
  • Mit den Beispielen 1 und 2 wird der Vorteil erzielt, daß die Gleitreibungszahl der tribologischen Paarung Gleitfläche/Gleitkufe drastisch reduziert ist und die Verschleißfestigkeit der Paarung bis um das Zehnfache ansteigt. Außerdem wird eine ausgezeichnete Haftfestigkeit der Beschichtung insgesamt erzielt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt insbesondere im Hinblick auf die im Einzelfall vorhandene Konstruktion der Fahrwegträger, bei denen es sich außer um die beschriebenen Beton- und/oder Verbundkonstruktionen auch um vollständig aus Stahl bestehende Fahrwegträger handeln kann. Außerdem umfaßt der Begriff "Fahrwegträger" im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle zur Herstellung von Fahrwegen für Magnetschwebefahrzeuge der beschriebenen Art geeigneten Konstruktionen (Träger-, Platten- und Modulbauweisen und dergleichen) unabhängig davon, ob die Gleitflächen 14, 19 an Erhebungen von Betonträgern oder an speziellen Gleitleisten aus Stahl oder Beton vorgesehen sind, die durch Verbundbauweise oder durch Schweißen, Schrauben oder sonstwie mit anderen Bauteilen zu den fertigen Fahrwegträgern verbunden sind oder einfach aus den im wesentlichen ebenen Oberflächen der Beton-, Verbund- oder Stahlträger bestehen. Weiter ist klar, daß die beispielhaft angegebenen Beschichtungsmaterialien auch vollständig oder teilweise durch andere Materialien mit entsprechenden Eigenschaften ersetzt, andere Anteile des Zusatzstoffes in der Lage 23 der Fig. 3 angewendet und andere als die beschriebenen Dicken für die verschiedenen Lagen gewählt und werden können, wobei Dicken von insgesamt maximal 1 mm bevorzugt werden. Als Matrixmaterial für die äußere Lage 23 könnte alternativ z. B. ein Material auf der Basis eines Epoxid- oder Acrylatharzes verwendet werden. Außerdem ist es zweckmäßig, die Gleitflächen 14, 19 jeweils mit einem gewissen Untermaß herzustellen, damit sich nach der Beschichtung das geforderte Zangenmaß zwischen der Beschichtungsoberfläche und den Unterseiten der Statorpakete 3 ergibt. Alternativ könnte die durch die Beschichtung bewirkte Erhöhung des Zangenmaßes auch durch eine entsprechende Veränderung der Gleitkufen 8 ausgeglichen werden.

Claims (14)

  1. Fahrwegträger mit wenigstens einer Gleitfläche (14, 19) für Magnetschwebefahrzeuge (4), die wenigstens eine zum Absetzen auf der Gleitfläche (14, 19) bestimmte Gleitkufe (8) aufweisen, wobei die Gleitfläche (14, 19) mit einer reibungsarmen, auf das Gleitkufenmaterial abzustimmenden Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung unter Anwendung eines Keramikmaterials hergestellt ist.
  2. Fahrwegträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial überwiegend einen oxidkeramischen Werkstoff enthält.
  3. Fahrwegträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial im wesentlichen aus Aluminium- und/oder Titandioxid besteht.
  4. Fahrwegträger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung unter Anwendung des Keramikmaterials und wenigstens eines Zusatzstoffes hergestellt ist.
  5. Fahrwegträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff ein polymeres Polyurethanharz mit Graphit als Gleitmittel ist.
  6. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mehrlagig ausgebildet ist und zumindest eine innere Lage (15, 22) das Keramikmaterial enthält.
  7. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung gradiert aufgebaut ist.
  8. Fahrwegträger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (15) aus einer Mischung von 50 bis 70 Massenprozent Aluminiumoxid und Rest Titandioxid und eine zweite, auf dieser Lage (15) aufliegende, äußere Lage (17) aus einer Mischung von wenigstens 90 Massenprozent Aluminiumoxid und Rest Titandioxid besteht.
  9. Fahrwegträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (22) aus einer Mischung von 50 bis 70 Massenprozent Aluminium mit Titandioxid als Rest besteht und eine zweite, auf dieser Lage (22) aufliegende, äußere Lage (23) ein polymeres Polyurethanharz mit 20 bis 40 Massenprozent Graphit enthält.
  10. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Dicke von höchstens 1 mm hat.
  11. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (15, 22) eine Dicke von 0,2 mm bis 0,5 mm aufweist.
  12. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lage (17, 23) eine Dicke von 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist.
  13. Fahrwegträger nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der inneren Lage (22) aufgerauht ist.
  14. Magnetschwebebahn mit einem Fahrweg, der eine Mehrzahl von mit wenigstens je einer Gleitfläche (14, 19) versehenen Fahrwegträgern (11, 18) enthält, und mit wenigstens einem Magnetschwebefahrzeug (4), das wenigstens eine zum Absetzen auf einer der Gleitflächen (14, 19) bestimmte Gleitkufe (8) aufweist, die aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten und mit SiC angereichertem Kohlenstoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrwegträger (11, 18) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet sind.
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