DE1563970B2 - Gleisfahrzeug mit elektrischem antrieb durch zumindest einen linearen induktions motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleisfahrzeug mit elektrischem Antrieb durch zumindest einen linearen Induktionsmotor, dessen auf dem Fahrzeug angeordneter Induktor eine Reihe von in Längsrichtung des Gleises hintereinander angeordneten, mit Mehrphasenstrom zu speisenden Induktorspulen enthält und mit einem längs des Gleises verlaufenden langgestreckten Metall-Anker zusammenwirkt, an dem er durch an einem Träger des Induktors gelagerte Rollen zum Einhalten eines Luftspalts zwischen dem Induktor und dem Anker abgestützt ist.

Fahrzeug-Antriebe mit linearen Induktionsmotoren dieser schon lange bekannten Art (deutsche Patentschrift 140 958) sind vor allem für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten geeignet (»Electronics and Power« 1964, S. 100 bis 103). Sie können mit der Geschwindigkeit angepaßter Mehrphasenfrequenz gespeist und mit beliebiger Spulen-Polteilung ausgeführt werden. Man hat auch schon bei Speisung mit fester Frequenz die Induktorwicklungen an Polumschalter angeschlossen, die das Umschalten auf mehrere »Synchrongeschwindigkeiten« gestatten (»Dtsch. Eisenbahntechnik« 1966, S. 68). Eine geschwindigkeitsabhängige Bremswirkung läßt sich, wie bei jedem normalen Induktionsmotor, durch Phasenumschaltung erzielen, ebenso auch durch eine Gleichstromerregung der Induktoren, die gegebenenfalls der Wechselstromerregung überlagert werden könnte.

Die bekannten Gleisfahrzeugantriebe mit linearen Mehrphasen-Induktionsmotoren, wie sie insbesondere in neuerer Zeit für den Schnellverkehr — auch bei »gleisgebundenen« Luftkissenfahrzeugen — vorgeschlagen wurden, haben normalerweise im Querschnitt etwa U-förmig gestaltete Induktoren, welche eine aus gut leitendem, nicht magnetisierbarem Metall — meist Aluminium — hergestellte, »hochkant« angeordnete und relativ breite Ankerschiene von beiden Seiten übergreifen. In beiden »Schenkeln« der Induktoren liegen die Spulen reihenweise hintereinander; der von diesen Spulen erzeugte Magnetfluß durchsetzt die gut leitende Anker-Schiene.

Die Verwendung einer längs des gesamten Geleises anzuordnenden, vertikalen bzw. breiten besonderen Anker-Schiene bringt Schwierigkeiten mit sich; das Einhalten ausreichend kleiner Luftspalte zwischen den Induktorschenkeln und den seitlichen Ankerschienenflächen bedingt eine querbewegliche Anordnung des Induktors am Fahrzeug und sein Abstützen an der Anker-Schiene durch Rollen.

Für die Übertragung der Zug- und Bremskräfte zwischen Induktor und Fahrzeugkörper sind daher bewegliche Zwischenbauteile erforderlich. Stützrollen sind bei hohen Geschwindigkeiten, bei denen die Vorteile des Linearmotors erst richtig zur Geltung kommen, wegen der durch Konstruktionsbedingungen zwangläufig relativ klein zu haltenden Rollendurchmesser und der daraus folgenden hohen Drehzahlen und großen Lagerbeanspruchungen, nicht mehr ausreichend betriebssicher.

Für Hänge-Schienenbahnen sind in dem Jahre 1903 (deutsche Patentschrift 140 958) Vorschläge für Gleisfahrzeuge mit linearen Induktionsmotoren bekannt geworden, bei denen als ortsfester Metall-Anker der breite Steg einer KoDf-Fahrschiene oder der ebenfalls relativ breite Unterflansch eines Trägerprofils dienen soll, das die eigentliche Kopffahrschiene trägt, auf der die Laufrollen der Gehänge rollen. Auch bei diesen Ausführungsformen von linearen Induktionsmotoren sind —■ zumal bei höheren Betriebsgeschwindigkeiten — Führungsrollen mit den oben erwähnten Nachteilen nicht zu entbehren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleisfahrzeug mit einem Linearmotor-Antrieb zu schaffen, der besonders einfach und stabil aufgebaut ist, die Zug- und Bremskräfte praktisch unmittelbar auf das Fahrzeug überträgt und das Einhalten eines kleinen Luftspaltes zwischen Induktor und ortsfestem

ίο Metall-Anker ohne besondere Führungs- oder Abstützeinrichtungen gewährleistet.

Die Erfindung beruht auf der nach eingehenden Versuchen gewonnenen Erkenntnis, daß ein linearer Induktionsmotor zum Antrieb eines Gleisfahrzeuges — im Gegensatz zu der in Fachkreisen herrschenden Auffassung — nicht unbedingt einen relativ breiten und dünnen, möglichst unmagnetischen Metall-Anker braucht, sondern daß man als Metall-Anker für einen mit angepaßter Polteilung ausgebildeten Induktor einen üblichen Fahrschienenkopf benutzen kann, weil sich die in der oberen Schicht des Schienenkopfes induzierten Induktionsströme über dessen Seitenflächenbereiche schließen. Es lassen sich so überraschenderweise ausreichend hohe Zugkräfte und Wirkungsgrade, insbesondere bei relativ hohen Geschwindigkeiten, erzielen.

Ausgehend von einem Gleisfahrzeug der eingangs genannten Art wird die vorstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder von zwei Kopf-Fahrschienen des Geleises, von denen jede einen Metall-Anker bildet, ein Induktor zugeordnet ist, und daß jeder Induktor durch einen sich unmittelbar und praktisch ungefedert auf die Radachsen vor und hinter jedem Induktor des Fahrzeugs abstützenden Träger dicht über dem Kopf der Kopf-Fahrschiene gehalten ist.

Die Verwendung der Köpfe der Fahrschienen des Geleises als ortsfeste Metall-Anker des Mehrphasen-Induktionsmotors und die Abstützung des dicht über dem Schienenkopf liegenden Induktors auf die Radachsen der Räder, mit denen das Fahrzeug auf den Schienen läuft, gestattet es nicht nur, den vertikalen Luftspalt konstant zu halten; die Seitenführung der Induktoren durch die dicht benachbarten Räder ergibt auch — in Verbindung mit der magnetischen Selbstzentrierung — eine einwandfreie Seiteneinstellung der Induktoren relativ zum Schienenkopf und damit gleichbleibende Verteilungen der Magnetflüsse und praktisch gleichbleibende Nutzzuskräfte auch bei seitlichen Auslenkbewegungen des Fahrzeugkastens; der Induktor wird in seiner Gestalt und wegen der einreihigen Spulen-Wicklung einfach und ist zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte unmittelbar mit den Radsätzen verbunden.

Betriebliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Antrieben mit linearen Induktionsmotoren sind: Fortfall einer besonderen Ankerschiene, damit freie und übersichtliche Gleise, auch auf Bahnhöfen mit vielen Weichen und Kreuzungen; keine Beschränkung des Betriebsbereiches des Fahrzeugs auf spezielle Strecken oder Streckenabschnitten, es können auch betriebsfremde Strecken befahren werden.

In gewissen Fällen, beispielsweise für Motorfahrzeuge, die nur kleinere Geschwindigkeiten haben sollen, wie Lokomotiven, ist es möglich, den Linearmotor-Anker in an sich bekannter Weise (»Dtsch. Eisenbahntechnik« 1966, S. 69) mit einem üblichen Rotations- bzw. Achsmotor-Antrieb entsprechend

verkleinerter Leistung zu kombinieren. Die tatsächlich wirksame Masse der Antriebsorgane eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung ist um so kleiner, je leistungsfähiger und je schneller der Antrieb sein soll und je breiter der Schienenkopf bzw. die Rollfläche des Gleises ist; dennoch ist ihre Antriebskraft, bezogen auf den Meter der Rollfläche, kleiner als diejenige Antriebskraft, die man mit bekannten Achsmotoren erzielen kann. Die Notwendigkeit, die Reihen der Erregerspulen und die Länge der Induktoren des erfindungsgemäßen Linearmotor-Antriebs verlängern zu müssen, führt dann zu Fahrzeugen mit unerwünscht großen Längen. Man kann daher entweder eine Aufteilung der Antriebskraft auf die gesamte Länge von Zügen aus selbstfahrenden Fahrzeugeinheiten ins Auge fassen, was eine sehr interessante Lösung ergibt, weil die Komplikationen mit Fahrgestellen, wie Motordrehgestellen, vermieden werden, oder eine mehr konzentrierte Zugkrafterzeugung in einer Lokomotive, in Kombination mit einem bekannten Gestell- oder Achs-Motorantrieb. Im letzteren Fall ist die Erfindung um so interessanter und nützlicher, weil sie durch ihre vertikale Anziehungskraft zwischen Induktorteil und Schiene eine Erhöhung der Haftreibung zwischen Rad und Schiene liefert. Eine Einrichtung zur Erhöhung der Haftreibung durch magnetische Anziehung ist durch die USA.-Patentschrift 1 898 555 an sich bekannt.

Ein Ausiührungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des vorderen Teiles eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antrieb durch lineare Induktionsmotoren,

Fi g. 2 eine in größerem Maßstab gezeichnete Ansicht, die ein Rad und einen Teil des linearen Induktionsmotors erkennen läßt,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III der Fig. 2.

Das als Beispiel ausgewählte Fahrzeug kann ein Triebwagen oder eine Lokomotive sein; das Fahrzeug hat einen Kasten 1, der sich auf die Räder 2 über Traversen 3 und Längswangen 4 abstützt. Die Räder rollen auf Kopf-Fahrschienen 8.

Der elektrische Antrieb besteht aus Induktionsmotoren, von denen einer in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Dieser Motor hat eine Reihe von Spulen 6, die in einem aus dünnen Blechen zusammengesetzten Induktor-Blechpaket 7 angeordnet sind, das parallel zur Rollfläche jeder Fahrschiene 8 verläuft. Die Spulen 6 sind in Richtung der Lange der Fahrschiene 8 hintereinander angeordnet, sie bilden zusammen mit dem Induktor-Blechpaket 7 den Statorteil eines linearen Induktionsmotors für den die Kopf-Fahrschiene 8 — wegen ihres speziellen Aufbaues besonders günstig —■ einen geradlinigen, massiven Anker bildet.

Die Spulen 6 werden durch einen periodischen Mehrphasenstrom gespeist, der ein Wanderfeld mit aufeinanderfolgenden »Wellen« erzeugt, das nach

ίο seiner Antriebsfunktion einem Drehfeld gleichkommt. Der Luftspalt zwischen dem geblätterten, ungefedert aufgehängten Induktor-Blechpaket 7 und der Fahrschiene 8 wird im wesentlichen konstant gehalten, weil er durch die Räder 2 fest bestimmt ist, die auf der Fahrschiene 8 rollen. Die Höhe des Luftspaltes kann durch eine möglich spielfreie Einstellvorrichtung eingestellt werden, die zwischen den Traversen 3 und Längswangen 4 oder zwischen den Rädern 2 bzw. den Radsätzen und den Längswangen 4 angeordnet wird, um einen Ausgleich der Abnutzung der Räder und der Durchbiegung der Längswangen 4 vorzusehen, welche die Spulen mit ihrer Eisenmasse tragen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gleisfahrzeug mit elektrischem Antrieb durch zumindest einen linearen Induktionsmotor, dessen auf dem Fahrzeug angeordneter Induktor eine Reihe von in Längsrichtung des Gleises hintereinander angeordneten, mit Mehrphasenstrom zu speisenden Induktorspulen enthält und mit einem längs des Gleises verlaufenden langgestreckten Metall-Anker zusammenwirkt, an dem er durch an einem Träger des Induktors gelagerte Rollen zum Einhalten eines Luftspalts zwischen dem Induktor und dem Anker abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von zwei Kopf-Fahrschienen (8) des Geleises, von denen jede einen Metall-Anker bildet, ein Induktor (7) zugeordnet ist, und daß jeder Induktor durch einen sich unmittelbar und praktisch ungefedert auf die Radachsen vor und hinter jedem Induktor des Fahrzeugs abstützenden Träger (3, 4) dicht über dem Kopf der Kopf-Fahrschiene (8) gehalten ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Antrieb durch die Induktoren der Linearmotoren auch rotierende Motoren bzw. Achsmotoren zum Antrieb der Fahrzeugräder eingebaut sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen