DE10357264B4

DE10357264B4 - Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme

Info

Publication number: DE10357264B4
Application number: DE2003157264
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. De Haas; Ludwig Prof. Dr. Schultz; Christoph Beyer
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: DE10357264A1

Abstract

Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen, die mittels supraleitender Bauteile über magnetische Fahrschienen (56 bis 58; 62 bis 65) schwebend gehalten und bewegt werden, wobei der Fahrweg (48; 59) aus mindestens zwei gegenpoligen magnetischen Fahrschienen (56 bis 58; 62 bis 65) besteht, wobei der Fahrweg (48; 59) am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung aufweist, an die sich in Fahrtrichtung mehrere magnetische Fahrschienen (51 bis 55; 66 bis 71) anschließen, die im Verhältnis zum vorangegangenen Fahrweg (48; 59) quer zur Fahrtrichtung verlagert stationär angeordnet sind, wodurch direkt an der Unterbrechung die jeweils zwei fluchtend aufeinander treffenden magnetischen Fahrschienen dauerhaft entgegen gerichtete Polaritäten aufweisen, wobei die magnetischen Fahrschienen (51 bis 55; 66 bis 71) in Fahrtrichtung gesehen nach der Unterbrechung zwei Fahrwege (49 und 50; 60 und 61) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, nämlich für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen die mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden.
Supraleitende Magnetschwebesysteme benötigen einen Fahrweg, der ein magnetisches Feld zur Verfügung stellt, welches entlang des Fahrweges konstant ist, senkrecht zu diesem aber einen starken Feldgradienten aufweist. Im Fahrzeug oder der Transporteinrichtung angebrachte Supraleiter können sich an diesem Magnetfeld festhalten, wenn es sich um Supraleiter II. Art handelt. Ein Supraleiter II. Art ist ein elektrisch leitfähiges Material, dessen spezifischer Widerstand unendlich klein ist. Er unterscheidet sich vom Supraleiter I. Art durch die Möglichkeit, Magnetfelder eindringen zu lassen.
Magnetfelder können Supraleiter der II. Art in Form von quantisierten Flussschläuchen durchdringen, die durch nanoskalige Ausscheidungen oder Baufehler in der supraleitenden Matrix festgehalten werden können. Dadurch ist es möglich Magnetfeldkonfigurationen in einem solchen Supraleiter zu speichern. Wird das vom Fahrweg erzeugte Magnetfeld durch Abkühlen des Supraleiters in einem festen Abstand zum Fahrweg vom normal leitenden in den supraleitenden Zustand im Supraleiter gespeichert, so beantwortet der Supraleiter eine Auslenkung aus der vorgegebenen Position mit Rückstellkräften, die ihn in die Ausgangslage zurückziehen. Da das Magnetfeldprofil entlang des Fahrweges konstant ist, kann sich der Supraleiter entlang des Fahrweges frei bewegen. Damit kann eine berührungslose, reibungsfreie Lagerung und Spurführung für Transportsysteme realisiert werden.
Es sind bereits mehrere, in ihrer Ausgestaltung unterschiedliche supraleitende Magnetschwebesysteme bekannt.
So ist in der US 5 631 617 A ein supraleitendes Magnetschwebesystem beschrieben, bei dem der Fahrweg aus einer weichmagnetischen Schiene besteht und bei dem an der Unterseite eines Fahrzeuges oder einer Transporteinrichtung ein Hartmagnet und ein Supraleiterelement angeordnet sind. Das Supraleiterelement soll die Hebekraft und die Führungskraft zwischen dem Hartmagneten und der weichmagnetischen Schiene stabil halten.
Bei einem anderen Magnetschwebesystem sind drei nebeneinander angeordnete Hartmagnetschienen nebeneinander als Fahrweg vorhanden und am Fahrzeug ist eine Magnetteileanordnung vorhanden, bestehend aus der Kombination von Supraleiter und Hartmagnet ( DE 102 18 439 A1 ). Das Supraleiterelement dient mittels des in ihm eingefrorenen Magnetfeldes zur Aufrechterhaltung einer berührungslosen, reibungsfreien Lagerung und Spurführung entlang des Fahrweges. Mit dem in der Kombination Supraleiter/Hartmagnet vorhandenen Hartmagneten wird im Falle einer möglichen Unterbrechung der Supraleiterwirkung das Fahrzeug am Fahrweg festgehalten und so gegen Entgleisung oder Absturz gesichert.
Es ist auch ein supraleitendes Magnetschwebesystem bekannt, bei dem der Fahrweg aus der Kombination eines Hartmagneten und einem Supraleiterelement besteht und bei dem am Fahrzeug mehrere Hartmagnete angeordnet sind, von denen ein Teil unter den Fahrweg greifen ( EP 0 836 034 A2 ). Das Supraleiterelement dient auch hier mittels des in ihm eingefrorenen Magnetfeldes zur Aufrechterhaltung einer berührungslosen, reibungsfreien Lagerung und Spurführung entlang des Fahrweges. Die Besonderheit dieser Lösung besteht darin, dass mit den unter den Fahrweg greifenden Hartmagneten eine besonders stabile, vibrationsfreie Bewegung des Fahrzeugs über dem Fahrweg erreicht werden soll.
Allen bekannten supraleitenden Magnetschwebesystemen ist gemeinsam, dass keine Einrichtungen zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen vorhanden sind.
Weiterhin ist nach der US 6 101 952 A eine Weiche für ein spurgebundenes Fahrzeug bekannt, bei der die Führung der Fahrzeuge über eine Magnetanordnung realisiert wird. Dabei sind Pole den abzweigenden Fahrwegen zugeordnet und anhand der Bestromung der Spulensysteme um die Pole wird festgelegt, auf welchen abzweigenden Fahrweg die Fahrtrichtung eingestellt wird.
Nach der DE 38 41 092 A1 sind generalisierte Kombinationsfahrzeuge (Schiene/Straße), magnetische, mechanische Fang- und Führungsschienen, Magnetantriebe, Hochgeschwindigkeitsweichen, und generalisierte Verkehrsstraßen bekannt.
Aus der DE 201 15 965 U1 ist eine Weiche für eine Transporteinrichtung bekannt, die beidseitig mit Elektromagneten ausgerüstet ist, die wahlweise aktivierbar sind, wobei die magnetische Anziehungskraft der aktivierten Seite das durchfahrende Fahrzeug dahin und in das gewünschte Abzweigungselement ablenkt.
Gemäß GB 1 527 254 A weisen magnetische Schienen, deren Seiten unterschiedliche Polarität aufweisen, eine horizontale magnetische Achse auf, wobei jede Schiene einen Ferromagneten aufweist und die Magnetisierung entlang der Schiene während der Bewegung des Fahrzeugs geführt wird.
Nach der DE 691 24 192 T2 ist ein supraleitendes Magnetschwebeträgergerät bekannt, bestehend aus Supraleitern als Schwebekörper, Hebemagneten, Arbeitsspulen und einer Kühleinrichtung. Dabei weist die Oberfläche eines Hebemagneten, die einem Schwebekörper zugewandt ist, die Form eines Trapzoids oder Parallelogramms auf, so dass die Bewegungsbahn des Schwebekörpers in mindestens zwei Spuren geteilt wird und die Spulen auf einer der Spuren durch einen Drehstrom erregt werden. Dabei wird den Antriebsspulen der nicht befahrenen Spur ein pulsierender Gleichstrom zugeführt, so dass die Richtung des durch die Antriebsspule erzeugten Magnetflusses mit dem durch den Hebemagneten fließenden übereinstimmt, so dass die Schwebekörper an einer Kreuzung stabil über eine Spur bewegt werden.
Weiterhin ist aus der JP 08182116 A eine Weiche für ein Transportmittel mittels magnetischem Schwebens bekannt, wobei supraleitende Bauteile verwendet werden. Der Fahrweg besteht aus mehreren magnetischen Fahrschienen, die magnetisch umpolbar ausgeführt und in dem Fahrweg stationär angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfach gestaltete und zuverlässig funktionierende Einrichtungen zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, bei denen Fahrzeuge und Transporteinrichtungen mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden, zu entwickeln.
Diese Aufgabe ist mit den in den Patentansprüchen dargestellten Einrichtungen gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen, die mittels supraleitender Bauteile über magnetische Fahrschienen schwebend gehalten und bewegt werden, wobei der Fahrweg aus mindestens zwei gegenpoligen magnetischen Fahrschienen besteht, einen Fahrweg auf, der am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung aufweist, an die sich in Fahrtrichtung mehrere magnetische Fahrtschienen anschließen, die im Verhältnis zum vorangegangenen Fahrweg quer zur Fahrtrichtung verlagert stationär angeordnet sind, wodurch direkt an der Unterbrechung die jeweils zwei fluchtend aufeinander treffenden magnetischen Fahrschienen dauerhaft entgegen gerichtete Polaritäten aufweisen, wobei die magnetischen Fahrschienen in Fahrtrichtung gesehen nach der Unterbrechung zwei Fahrwege bilden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung können die magnetischen Fahrschienen aus supraleitenden Magneten bestehen.
In Höhe der Fahrzeuge und Transporteinrichtungen sind erfindungsgemäß eine oder mehrere Vorrichtungen angeordnet, mit denen zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung ein Impuls mit zur Fahrtrichtung senkrechter Komponente auf die Fahrzeuge und Transporteinrichtungen ausgeübt wird.
Die Vorrichtung zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung kann mit Mitteln zur magnetischen oder mechanischen Krafteinwirkung ausgerüstet sein.
Mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen werden die grundlegenden Voraussetzungen für den Betrieb supraleitender Magnetschwebesysteme auf verzweigten Fahrwegen geschaffen. Dabei bleiben die wesentlichen Merkmale der reibungsfreien und damit abriebfreien nichtmechanischen Lagerung dieser Magnetschwebesysteme bestehen. Insbesondere lassen sich durch kurze Schaltzeiten schnelle Verteilsysteme realisieren. Die Einrichtungen arbeiten fast geräuschlos und sind auch in sauberer Umgebung, z. B. in Reinräumen, vorteilhaft einsetzbar.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine Einrichtung mit 3 Fahrwegen mit jeweils 3 Fahrschienen,
2: eine weitere Einrichtung mit 3 Fahrwegen mit jeweils 4 Fahrschienen.
Beispiel 1
Die in der 1 dargestellte Einrichtung ist die für drei Fahrwege 48, 49 und 50 ausgelegt. Der Fahrweg 48 besteht aus den Fahrschienen 56, 57 und 58, der Fahrweg 49 aus den Fahrschienen 51, 52 und 53 und der Fahrweg 50 aus den Fahrschienen 53, 54 und 55. Die Fahrschiene 53 gehört also sowohl zum Fahrweg 49 als auch zum Fahrweg 50. Die Fahrschienen weisen die mit S (Süd) und N (Nord) gekennzeichnete magnetische Polarität auf. An der Position der Unterbrechung des Fahrwegs, treffen jeweils Fahrschienen mit entgegen gerichteter Polarität fluchtend aufeinander.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 48 auf die Unterbrechung des Fahrwegs zu bewegt auf den Fahrweg 49 geleitet, falls es in Höhe der Unterbrechung einen Impuls nach links bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt. Falls es einen Impuls nach rechts bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 50 geleitet.
Beispiel 2
Die in der 2 dargestellte Einrichtung ist für die drei Fahrwege 59, 60 und 61 ausgelegt. Der Fahrweg 59 besteht aus den vier Fahrschienen 62, 63, 64 und 65, der Fahrweg 60 aus den Fahrschienen 72, 73, 74 und 75 und der Fahrweg 61 aus den Fahrschienen 76, 77, 78 und 79. Die Fahrschienen weisen die mit S (Süd) und N (Nord) gekennzeichnete magnetische Polarität auf. Im Bereich der Unterbrechung des Fahrwegs sind die Fahrschienenstücke 66 bis 71 stationär angeordnet. Die magnetische Polarität ist dauerhaft so festgelegt, dass jeweils Fahrschienen mit entgegen gerichteter Polarität fluchtend aufeinander treffen.
Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Fahrzeug, welches sich auf dem Fahrweg 59 auf die Unterbrechung des Fahrwegs zu bewegt auf den Fahrweg 60 geleitet, falls es in Höhe der Unterbrechung jeweils für den Übergang vom Fahrweg 59 auf die Fahrschienenstücke 66 bis 71 und den Übergang von den Fahrschienenstücken 66 bis 71 auf die Fahrwege 60 oder 61 einen Impuls nach links bezogen auf die Fahrtrichtung erfährt. Falls die Impulse auf das Fahrzeug jeweils nach rechts bezogen auf die Fahrtrichtung erfolgen, wird das Fahrzeug auf den Fahrweg 61 geleitet.

Claims

Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen, die mittels supraleitender Bauteile über magnetische Fahrschienen (56 bis 58; 62 bis 65) schwebend gehalten und bewegt werden, wobei der Fahrweg (48; 59) aus mindestens zwei gegenpoligen magnetischen Fahrschienen (56 bis 58; 62 bis 65) besteht, wobei der Fahrweg (48; 59) am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung aufweist, an die sich in Fahrtrichtung mehrere magnetische Fahrschienen (51 bis 55; 66 bis 71) anschließen, die im Verhältnis zum vorangegangenen Fahrweg (48; 59) quer zur Fahrtrichtung verlagert stationär angeordnet sind, wodurch direkt an der Unterbrechung die jeweils zwei fluchtend aufeinander treffenden magnetischen Fahrschienen dauerhaft entgegen gerichtete Polaritäten aufweisen, wobei die magnetischen Fahrschienen (51 bis 55; 66 bis 71) in Fahrtrichtung gesehen nach der Unterbrechung zwei Fahrwege (49 und 50; 60 und 61) bilden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Fahrschienen (51 bis 58; 62 bis 79) aus supraleitenden Magneten bestehen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Höhe der Fahrzeuge und Transporteinrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen angeordnet sind, mit denen zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung ein Impuls mit zur Fahrtrichtung senkrechter Komponente auf die Fahrzeuge und Transporteinrichtungen ausgeübt wird.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzielung einer Fahrtrichtungsänderung mit Mitteln zur magnetischen oder mechanischen Krafteinwirkung ausgerüstet sind.