-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetschwebebahnsystem,
insbesondere auf ein Magnetschwebebahnsystem mit am Hochstützträger angeordneter
Aufhängeschiene
und mit Permanentmagneten, wobei sich das Fahrzeug unterhalb der
Schiene befindet.
-
Die
Einführung
der Magnetschwebetechnik wurde als eine grüne Revolution im 21. Jahrhundert bezeichnet.
In den letzten Jahren ist eine rasche Entwicklung in diesem Gebiet
vor sich gegangen. Zum Beispiel wurde in Deutschland ein Magnetschwebebahnsystem
mit Magneten mit "normalem
Leiter" entwickelt,
wobei das Fahrzeug mit linearem Motor angetrieben ist und die maximale
Fahrgeschwindigkeit von 450 km/h erreichbar ist. Bei einem solchen
System ist es erforderlich, den Fahrweg auf höherem Stützpfeiler anzuordnen, wobei
der Basisteil des Fahrzeugkörpers
den oberen Teil des Fahrwegs umschließt, um das Fahrzeug vor Entgleisung
und Umkippen zu schützen.
Beim japanischen MLX-Magnetschwebebahnsystem mit Magneten mit "Supraleiter" ist es erforderlich,
supraleitende Wicklungen auf Betriebstieftemperatur zu kühlen, um
eine stärkere Magnetfeldkraft
zu erzeugen, wobei das Fahrzeug entlang einer U-förmigen Nut
fahrbar ist, auf den beiden Seitenwänden der Nut in einem Abstand
der 8-förmige
Stromleiterring angeordnet ist, der als Führungselement und Induktionswicklung
zur Erzeugung der Schwebekraft für
das Fahrzeug gestaltet ist, wobei die maximale Fahrgeschwindigkeit
von 550 km/h bei diesem System erreicht ist. In China ist das GKC06-Magnetschwebebahnsystem
mit Permanentmagneten entwickelt, wobei die Magnetschwebetechnik
mit Permanentmagneten zur Kompensation verwendet ist, das Fahrzeug
mit linearem Motor angetrieben ist und die maximale Fahrgeschwindigkeit
von 1080 km/h erreichbar ist. In Bezug auf entsprechende ausführliche
Information der oben genannten Technik wird auf das Fachwerk "Magnetschwebebahnsystem
und Technik", Verlag
für chinesische
Wissenschaft und Technik, herausgegeben im November 2003, und auf
die chinesische Patentschrift CN 1111123C mit der Bezeichnung "Magnetschwebebahn-
Fahrweg auf höherem
Stützpfeiler-Stationssytem in
Vakuumröhren
und mit Permanentmagneten zur Kompensation" verwiesen.
-
Das
deutsche TR-Magnetschwebebahnsystem und das japanische MLX-Magnetschwebebahnsystem
gehören
zur Kategorie der Anordnung der waagerecht liegenden Schiene, wobei
der Schwerpunkt des Fahrzeuges bei der Fahrt relativ hoch ist, die
Stabilitäteigenschaft
unbefriedigend ist und die Herstellungskosten sehr hoch sind, die
Schwebegestaltung mit Elektomagneten und Permanentmagneten mit Supraleiter
erreicht ist und das Fahrzeug mit linearem Motor angetrieben ist.
Wie zum Beispiel in Schanghai betragen die Baukosten für jeden
Kilometer des Fahrwegs für
das deutsche TR-Magnetschwebebahnsystem 30 Millionen Euro. Wenn das
japanische MLX-System verwendet wird, sind die Baukosten noch höher und
betragen 68 Millionen Euro pro Kilometer. Die hohe Investition beschränkt die
Verbreitung der Technik. Obwohl große Beiträge beim chinesischen GKC06-Magnetschwebebahnsystem
hinsichtlich der Verbesserung der Stabiltät des Schwerpunktes, der Reduzierung
der Baukosten und der Abnahme des Energieverbrauchs geleistet sind,
ist es aber erforderlich, entlang des Fahrweges kostspielige Schienenmagneten
aus Neodym-Eisen-Bor anzuordnen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetschwebebahnsystem
mit Aufhängeschiene
und Permanentmagneten anzugeben, wobei es nicht erforderlich ist,
kostspielige Schienenmagneten aus Neodym-Eisen-Bor anzuordnen, die Herstellungskosten
reduziert sind, die Transportkapazität erhöht ist und die Fahrgeschwindigkeit
von 600 km/h erreicht ist, wobei ein solches System in breitem Umfang
seine Anwendung finden und verschiedenen Betriebsbedingungen entsprechen
kann.
-
Erfindungsgemäß ist die
Aufgabe gelöst durch
ein Magnetschwebebahnsystem mit Aufhängeschiene und Permanentmagneten,
bestehend aus Fahrwegteil und Fahrzeugteil,
wobei beim Fahrwegteil
ein armierter betonierter Postalträger mit einem umgekehrt-T-förmigen Stützträger einstückig zu
einem Postalrahmen betoniert ist, das Ende eines betonierten doppel-T-förmigen Balkens
mit dem umgekehrt-T-förmigen
Stützträger in überlagernder
Weise verbunden ist, die Aufhängeschiene
unterhalb des doppel-T-förmigen
Balkens fest angeordnet ist, und die Aufhängeschiene aus einer Π-förmigen Bügelschwelle
aus Stahl, einer Magnetleitungsplattenschiene aus ferromagnetischem Stahlblech,
einer Magnetleitungsflügelschiene
und einer Führungsschiene
besteht, wobei die Magnetleitungsplattenschiene auf der inneren
oberen Seite der Bügelschwelle
befestigt ist, die Magnetleitungsflügelschiene jeweils auf den
beiden inneren Seiten der Bügelschwelle
befestigt ist, und die Führungsschiene als
eine Nut gebildet ist, die in dem mittleren Bereich der Magnetleitungsflügelschiene
ausgeformt ist;
wobei der Fahrzeugteil aus einer oberen Antriebskabine
und einer unteren Kabine besteht, und die Antriebskabine und die
untere Kabine einstückig
gebildet sind, die Antriebskabine im inneren Raum der Bügelschwelle
aufgenommen ist, auf der äußeren oberen
Seite der Antriebskabine ein oberer Permanentmagnet mit Hilfe einer
Basisplatte angeordnet ist, auf beiden Seiten der Antriebskabine
jeweils ein Flügelpermanentmagnet
angeordnet ist, der in einen oberen und einen unteren Teil geteilt
ist, ein Spalt zwischen dem oberen und dem unteren Teil vorgesehen ist,
wobei ein Teil davon N-Pol ist, während der andere Teil S-Pol
ist, ein Antriebsmechanismus in dem inneren Raum der Antriebskabine
angeordnet ist, der Antriebsmechnismus aus Antriebsrad, Antriebsmotor,
Fahrzeugstromversorgung und einem Umwandlungssystem besteht und
sich in dem mittleren Bereich der Antriebskabine befindet, zwei
ortsfeste Führungsräder an beiden
inneren Enden der Antriebskabine angeordnet sind;
wobei der
Abstand zwischen dem oberen Permantmagnet an der Antriebskabine
und der Magnetleitungsplattenschiene auf der inneren oberen Seite
der Bügelschwelle
20 bis 160 mm beträgt,
so daß eine Schwebekraft
gegen die Richtung der Schwerkraft erzeugt ist, der Abstand zwischen
den auf beiden Seiten der Antriebskabine angeordneten Flügelpermanentmagneten
und den auf beiden inneren Seiten der Bügelschwelle angeordneten Magnetleitungsflügelschienen
5 bis 35 mm beträgt,
so daß eine
Schwebekraft zur Ausgleichung in Richtung nach unten oder nach oben
erzeugt ist;
wobei das Fahrzeugteil bei der Fahrt unter der
Wirkung der Schwebekraft und der Ausgleichungskraft im Schwebezustand
bleibt, das ortsfeste Führungsrad
und das Antriebsrad sich in derselben horizontalen Ebene befinden
und Kontakt mit der Führungsschiene
auf beiden Seiten der Bügelschwelle
haben, so daß das
Fahrzeugteil unter Kontrolle gerade in der Mitte zwischen zwei Magnetleitungsflügelschienen positionierbar
ist.
-
Zwischen
dem Ende des doppel-T-förmigen Balkens
und dem umgekehrt-T-förmigen
Postalträger ist
eine Temperatur-Dehnfuge vorgesehen.
-
Eine
Serie von Belüftungsöffnungen
ist in dem mittleren Bereich des doppel-T-förmigen Balkens vorgesehen.
-
Die
Magnetleitungsplattenschiene und die Magnetleitungsflügelschiene
ist aus ferromagnetischem Stahlblech hergestellt.
-
An
beiden äußeren Enden
der Basisplatte für den
oberen Permanentmagneten ist jeweils ein Gleitschuh vorgesehen.
-
Die
untere Kabine ist als Fahrgästekabine oder
als Güterkabine
gestaltet.
-
Die
Kabine ist aus Legierung oder aus mit Glasfaser verstärktem Kunststoff
hergestellt und stromlinienförmig
gestaltet.
-
1 stellt
das Magnetschwebesystem nach der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht dar;
-
2 stellt
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang A-A schematisch dar;
-
3 stellt
die erfindungsgemäße Aufhängeschiene
in Schnitt schematisch dar;
-
4 stellt
das Fahrzeug nach der vorliegenden Erfindung in Schnitt schematisch
dar;
-
5 stellt
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang B-B schematisch dar, wobei inbesondere die Kupplung zwischen
dem Fahrzeug und der Schiene gezeigt ist, und
-
6 stellt
das Magnetschwebebahnsystem nach 1 in Schnitt
entlang C-C schematisch dar.
-
Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung an Hand der Zeichungen näher erläutert. Die
nachfolgende Erläuterung
dient nur zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung
und sollte nicht als die Beschränkung
der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
-
In 1 ist
das gesamte erfindungsgemäße Magnetschwebebahnsystem
bestehend aus einem Fahrwegteil und einem Fahrzeugteil in Seitenansicht dargestellt,
wobei die Lokomotive 1 stromlinienförmig gestaltet ist, ihre stromlinienförmige Oberfläche sich nach
unten richtet und der entsprechende Übergang zwischen der Fahrzeugtür 2,
dem Fahrzeugfenster 4 und der Gepäcksfachklappe 3 und
der Verkleidung 5 der Karosserie, sowie die Verbindungsstelle 6 zwischen
den einzelnen Abteilen einfluchtend zur Verminderung des Luftwiderstandes
bei der Fahrt gestaltet ist. Der ganze Zug 15 ist an der
Schiene gehängt,
während
der Boden mit Wiese 13 bedeckt ist. Der Abstand zwischen
der Unterseite des Zuges und der Wiese 13 auf dem Boden
beträgt
circa 6 m.
-
Wie
in 2 und 3 dargestellt, ist die Aufhängeschiene 7 oberhalb
des Fahrzeuges angeordnet und auf der Unterseite eines doppel-T-förmigen Balkens 8 befestigt.
Der doppel-T-förmige
Balken ist aus vorgespanntem, armierten Beton hergestellt, wobei
eine Serie von Belüftungsöffnungen 9 in seinem
mittleren Bereich zur Reduzierung des Luftdrucks vorgesehen ist.
Das Ende 10 des doppel-T-förmigen Balkens 8 ist
mit einem umgekehrt-T-förmigen
Stützträger 11 in überlagernder Weise
verbunden, wobei eine Dehnfuge zwischen dem Ende 10 des
doppel-T-förmigen
Balkens 8 und dem umgekehrt-T-förmigen Stützträger 11 vorgesehen
ist und das Ende 10 des doppel-T-förmigen Balkens 8 und
der umgekehrt-T förmigen
Stützträger 11 mittels
Schrauben miteinander fest verbunden sind. Der umgekehrt-T-förmige Stützträger und
ein unterhalb dessen angeordneter Postalträger 12 sind einstückig zu
einem Postalrahmen 14 betoniert. In dem mittleren Bereich
des Postalrahmens 14 sind zwei Aufhängeschienen 7 befestigt.
Dieses Doppelgleis-Installationssystem wird zur Reduzierung der Dauer
des Haltens in der Station und zur Erhöhung der Transportkapazität beitragen.
Die Aufhängeschiene 7 besteht
aus einer Π-förmigen Bügelschwelle 16 aus
Stahl, einer Magnetleitungsplattenschiene 17 aus ferromagnetischem
Stahlblech, einer Magnetleitungsflügelschiene 18 und
einer Führungsschiene 28,
wobei die Magnetleitungsplattenschiene 17 mittels Schrauben
auf der inneren oberen Seite der Bügelschwelle 16 befestigt
ist, die Magnetleitungsflügelschiene 18 jeweils
auf den beiden inneren Seiten der Bügelschwelle 16 mittels
Schrauben befestigt ist und die Führungsschiene 28 als
eine Nut gebildet ist, die in dem mittleren Bereich der Magnetleitungsflügelschiene 18 ausgeformt
ist.
-
In 4 und 5 sind
ein Fahrzeug des erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystems und
die Kupplung des Fahrzeuges mit der Schiene in Schnitt schematisch
dargestellt. Der Fahrzeugkörper des
erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystems
ist aus einer Legierung oder aus einem mit Glasfaser verstärkten Kunststoff
einstückig
hergestellt, wobei der Fahrzeugkörper
aus einer oberen Antriebskabine und einer unteren Fahrgästekabine besteht,
die untere Kabine als eine Güterkabine
bzw. als eine Fahrgästekabine 20 und
Güterkabine 21 gestaltet
sein kann. Die Antriebskabine 19 ist im inneren Raum der Π-förmigen Bügelschwelle 16 aufgenommen,
während
ein Antriebsmechanismus in der Antriebskabine 19 montiert
ist. Der Antriebsmechnismus besteht aus einem Antriebsrad 29 und
einem Antriebsmotor 31, die beide miteinander koaxial verbunden
sind und an einem Radträger 30 befestigt sind.
Der genannte Antriebsmechnismus befindet sich in dem mittleren Bereich
der Antriebskabine 19.
-
Auf
der äußeren oberen
Seite der Antriebskabine 19 ist ein oberer Permanentmagnet 22 angeordnet,
der mit Hilfe von einer Magnetbasisplatte 23 an einem ringförmigen Kiel 24 der
Antriebskabine 19 befestigt ist. Unterhalb der beiden Enden
der Magnetbasisplatte 23 ist jeweils ein Gleitschuh 26 angeordnet.
Auf beiden Seiten der Antriebskabine 19 ist jeweils ein
Flügelpermanentmagnet 25 angeordnet, der
in zwei Teile geteilt ist, wobei ein Teil davon N-Pol ist, während der
andere Teil S-Pol ist. Der Flügelpermanentmagnet 25 ist
mit Hilfe einer Flügelmagnetbasis 27 mittels
Schrauben an dem ringförmigen
Kiel 24 der Antriebskabine 19 befestigt.
-
Zwischen
dem oberen Permantmagnet 22 an der Antriebskabine 19 und
der Magnetleitungsplattenschiene 17 auf der inneren oberen
Seite der Π-förmigen Bügelschwelle 16 ist
ein Luftschlitz von 20 bis 160 mm vorgesehen, so daß eine Schwebekraft
gegen die Richtung der Schwerkraft erzeugt ist. Die auf beiden Seiten
der Antriebskabine 19 angeordneten Flügelpermanentmagneten 25 befinden sich
gegenüber
den auf beiden inneren Seiten der Bügelschwelle 16 angeordneten
Magnetleitungsfügelschienen 18,
und zwischen beiden ist ein Luftschlitz von 5 bis 35 mm vorgesehen,
so daß eine Schwebekraft
zur Ausgleichung in Richtung nach unten oder nach oben erzeugt ist
und das Fahrzeug in vorgesehener Höhe positioniert ist.
-
Wenn
sich der Flügelpermanentmagnet 25 und
die Magnetleitungsflügelschiene 18 in
einer gleichen horizontalen Höhe
befinden, nämlich
wenn die Größe der Anziehungs-und
Schwebekraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 22 auf
der oberen Seite des Fahrzeuges und der Magnetleitungsplattenschiene 17 der
Größe der Schwerkraft
des Fahrzeuges entspricht, während
ihre Wirkungsrichtung umgekehrt ist, ist zwischen dem Flügelpermanentmagnet 25 und
der Magnetleitungsflügelschiene 18 keine
Wirkungskraft vorhanden, die parallel zu der Schwerkraft ist, ist
die erreichte Höhe
als Höhe
des Balancepunktes bezeichnet. Wenn sich der Flügelpermanentmagnet 25 höher als
die Magnetleitungsflügelschiene 18,
nämlich
oberhalb des Balancepunktes befindet, das heißt, daß die Schwerkraft des Fahrzeuges
kleiner als die Schwebekraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 22 und
der Magnetleitungsplattenschiene 17 ist, richtet sich die
Wirkungskraft zwischen dem Flügelpermanentmagnet 25 und
der Magnetleitungsflügelschiene 18 in
senkrechter Richtung nach unten, nämlich gegen die Richtung der
Wirkungskraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 22 und
der Magnetleitungsplattenschiene 17. Wenn sich der Flügelpermanentmagnet 25 tiefer
als die Magnetleitungsflügelschiene 18, nämlich unterhalb
der Höhe
des Balancepunktes befindet, das heißt, daß die Schwerkraft des Fahrzeuges
größer als
die Schwebekraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 22 und
der Magnetleitungsplattenschiene 17 ist, richtet sich die
Wirkungskraft zwischen dem Flügelpermanentmagnet 25 und
der Magnetleitungsflügelschiene 18 in
senkrechter Richtung nach oben, nämlich in gleicher Richtung
wie bei der Wirkungskraft zwischen dem oberen Permanentmagnet 22 und
dem Magnetleitungsplattenschiene 17. Kurz gesagt, ist der
Anziehungs-Schwebemechnismus aus dem oberen Permanentmagnet 22 und der
oberhalb dessen angeordneten Magnetleitungsplattenschiene 17 gebildet,
um eine Anziehungs-Schwebekraft für das Fahrzeug zu erzeugen, während der
Flügelpermanentmagnet 25 und
die Magnetleitungsflügelschiene 18 zusammenwirken,
um eine Kraft zur Ausgleichung in Richtung nach unten oder nach
oben zu erzeugen. Die beiden Kräfte
wirken zusammen, so daß eine
vorgesehene Schwebewirkung mit doppeler Anziehung zur Ausgleichung erreicht
ist und das Fahrzeug in vorgesehener Höhe positioniert ist. Wenn die
Schwebekraft ausfällt,
kann das Fahrzeug noch weiter mittels der Gleitschuhe 26 entlang
der oberen Kante der Magnetleitungsflügelschiene 18 verschiebbar
sein, so daß die
Fahrsicherheit gewährleistet
ist.
-
Bei
den konventionellen Elektrolokomotiven sind sowohl an dem vorderen
Ende als auch an dem hinteren Ende entsprechende Antriebsräder angeordnet.
Bei der Fahrt in beiden Richtungen dienen solche Antriebsräder zum
Antreiben, zur Führung und
zum Tragen des Fahrzeugkörpers.
Man kann damit rechnen, daß die
Herstellungskosten und das Eigengewicht des Fahrzeuges zunehmen
werden, wenn die Zahl der Antriebsräder um ein Paar von Antriebsrädern zugenommen
hat. Zusätzlich
wird die Zunahme des Eigengewichtes auch zur Erhöhung des Energieverbrauchs
führen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das traditionelle Konzept für die Anordnung
des Antriebs- und Führungsmechnismus
der konventionellen Elektrolokomotiven verworfen, und ist der Antriebsmechnismus
in dem mittleren Bereich der Lokomotive angeordnet, wobei an beiden
Enden der Lokomotive jeweils ein ortsfestes Führungsrad als Führungsmechnismus
vorgesehen ist. Dadurch sind die Hestellungskosten und das Eigengewicht der
Lokomotive erheblich reduziert.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ist jeweils ein ortsfestes Führungsrad 32 beideseits
der Antriebskabine angeordnet und an dem Radträger 30 befestigt. Das
ortsfeste Führungsrad 32 und
das Antriebsrad 29 befinden sich in derselben horizontalen
Ebene und haben Kontakt mit der Führungsschiene auf beiden Seiten
der Π-förmigen Bügelschwelle 16, so
daß der
Freiheitsgrad der Bewegung der Antriebskabine nach links oder rechts
definiert ist und die Lokomotive unter Kontrolle gerade in der Mitte
zwischen zwei Magnetleitungsflügelschienen
positionierbar ist. Bei der Fahrt bleibt das Fahrzeug des erfindungsgemäßen Magnetschwebebahnsystems
unter der doppelten Wirkung einerseits von der Anziehungs-Schwebekraft
und andererseits von der Anziehungskraft zur Ausgleichung in Richtung
nach oben oder nach unten im Schwebezustand. Das Antriebsrad 29 ist
durch den Antriebsmotor 31 zur Bewegung des Fahrzeuges
angetrieben, während
die Führung
des Fahrzeuges durch das ortsfeste Führungsrad 32 durchgeführt ist.
-
In 6 ist
das erfindungsgemäße Magnetschwebebahnsystem
nach 1 in Schnitt entlang C-C dargestellt. Aus 6 ist
es ersichtlich, daß das
ortsfeste Führungsrad 32 Kontakt
mit den Führungsschienen 28 auf
beiden inneren Seiten der Bügelschwelle 16 hat.
In der Antriebskabine 19 ist zusätzlich eine Fahrzeugstromversorgung 33 und
ein Umwandlerkontrollsystem 34 angeordnet. Da die Fahrzeugstromversorgung
und das Umwandlerkontrollsystem zu den konventionellen Vorrichtungen
gehören
und keinen Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung darstellen, sind
sie in den Zeichnungen nicht im Detail gezeigt.
-
Gegenüber dem
Stand der Technik sind bei der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile
erreicht:
Die Herstellungskosten sind reduziert und betragen nur
1/4 der Herstellungskosten bei dem deutschen TR-Magnetschwebebahnsystem.
-
Der
Energieverbrauch hat abgenommen und entspricht 70% des Energieverbrauches
bei dem deutschen TR-Magnetschwebebahnsystem.
-
Die
Transportkapazität
hat zugenommen und beträgt
das Fünffache
der Transportkapazität
bei dem deutschen TR-Magnetschwebebahnsystem.
-
Das
Eigengewicht des Fahrzeuges ist reduziert und beträgt 0.8 t/m,
während
das Eigengewicht des Fahrzeuges bei dem deutschen TR-Magnetschwebebahnsystem
2.2 t/m beträgt
und das Eigengewicht des Fahrzeuges bei dem japanischen MLX-Magnetschwebebahnsystem
ungefähr
gleich wie bei dem deutschen TR-Magnetschwebebahnsystem ist.