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Die
Erfindung betrifft einen Schleppantrieb für Fahrzeuge mit
den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
DE 27 03 833 A1 zeigt
eine Belustigungsbahn mit einem Looping, bei der ein Fallgewicht über
einen Seiltrieb eine Schleppeinrichtung antreibt. Zum Heben des
Fallgewichts und zum Rückdrehen des Seiltriebs ist ein
motorischer Antrieb mit einer Kupplung vorgesehen. In der parallelen
US 4 165 695 A ist
eine Variante des Schleppantriebs offenbart, bei der das Schleppmittel
um zwei Umlenkrollen geführt ist, von denen die eine mit
einem Schwungrad und ggf. einem Motor antreibend verbunden werden
kann. Hierzu ist zwischen dem Schwungrad und der Umlenkrolle eine
Kupplung angeordnet, die elektromagnetisch oder fluidisch betätigt
werden kann. Die Funktionsweise und Kraftübertragung der
Kupplung sind nicht näher beschrieben.
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Aus
der
WO 01/66210 A1 ist
ein Katapultantrieb für Fahrzeuge bekannt, bei dem ein
oder mehrere Hydromotoren direkt eine Schleppeinrichtung antreiben.
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Die
DE 298 22 644 U1 lehrt
einen anderen konventionellen Schleppantrieb für Belustigungsvorrichtungen,
bei dem ein endloser Seilzug eine endliche und mit Fahrzeugen verbindbare
Schleppkette reversierend antreibt.
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Die
DE 201 19 119 U1 befasst
sich mit einer Wirbelstrombremse für Volksbelustigungsvorrichtungen.
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Die
gattungsfremde
DE
102 29 440 A1 betrifft eine Fördereinrichtung
für Produktionsanlagen. Sie besteht aus einer Profilschiene über
die ein tischförmiger Fördergutträger
gleiten kann, der von einem in der Profilschiene angeordneten Zahnriemen
angetriebenen wird. Hierbei kommt eine Magnetkupplung zum Einsatz,
welche die vom Fördermittel ausgewirkte Antriebskraft auf
einen Maximalwert limitiert.
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Aus
der ebenfalls gattungsfremden
DE 30 27 727 A1 ist eine elektromagnetische
Kupplung für den Einsatz in Nähmaschinen bekannt,
bei der ein Schwungrad fest mit dem Rotor eines an die Kupplung
angeflanschten Elektromotores verbunden ist.
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Die
DE 37 32 766 A1 zeigt
eine Magnetkupplung in Form einer dauermagneterregten Hysteresekupplung
bzw. Bremse, die keinen Bezug zu einem Schleppantrieb hat und wegen
einer nur sehr langsam lösbaren Kraftübertragung
auch nicht geeignet ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schleppantrieb
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Der
Einsatz einer Magnetkupplung bei der Schleppeinrichtung hat verschiedene
Vorteile. Zum einen ist gegenüber einer Reibkupplung oder
Klauenkupplung der Verschleiß minimiert. Andererseits kann
ein gewisser Schlupf vorhanden sein. Eine Magnetkupplung kann weitgehend
wartungsfrei sein und lässt sich in vorteilhafter Weise
steuern und ggf. auch für Regelzwecke heranziehen.
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Bei
der Magnetkupplung werden die Antriebskräfte durch Magnetkräfte übertragen.
Dies kann in unterschiedlicher Weise geschehen. Besonders vorteilhaft
ist die Ausbildung als Wirbelstromkupplung mit einem Magnetteil
und einem Leitteil, die relativ zueinander beweglich sind und in
einem Abstand zueinander gehalten werden. Die Antriebskräfte
können hierbei ohne Berührungskontakt der Kupplungsteile übertragen
werden. Die Magnetkräfte und die Kraftübertragung
lassen sich auf unterschiedliche Weise beeinflussen, z. B. über
eine Einstellung des Abstands. Dies erlaubt eine Steuerung und auch
eine Regelung der auf das Fahrzeug einwirkenden Antriebskräfte.
Hierbei kann die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs gesteuert und bei Einsatz einer geeigneten Messeinrichtung
auch geregelt werden. Mit dieser Technik kann ferner eine Überwachung
der Fahrzeugbewegung im Einwirkbereich des Schleppantriebs durchgeführt
werden. Dies dient einerseits dem Unfallschutz und erlaubt andererseits über
eine Protokollierung der Daten eine Qualitäts- und Sicherheitsüberwachung.
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Besonders
günstig ist der Einsatz einer Magnetkupplung in Verbindung
mit einem kinetischen Speicher, der z. B. als Schwungmasse oder
in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Die Schwungmasse
kann permanent angetrieben und bewegt sein, wobei die Schleppeinrichtung
nur zeitweise und bei Bedarf angekuppelt wird. Ein permanent laufender
Antrieb mit Schwungmasse hat kinematische und energetische Vorteile
gegenüber einem intermittierenden und ständig
hochlaufenden und bremsenden Antrieb. Besonders günstig
ist in diesem Zusammenhang die Wirbelstromkupplung, die ein von
der Relativgeschwindigkeit von Magnetteil und Leitteil abhängiges
Kraftübertragungsverhalten hat und die dabei selbstregelnde
Eigenschaften besitzen kann. Eine Magnetkupplung und insbesondere
eine Wirbelstromkupplung ermöglichen ein ergonomisches
günstiges weiches Beschleunigen.
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Die
Schleppeinrichtung kann reversierend ausgebildet sein und ein beliebig
geeignetes Schleppmittel, z. B. eine Mehrfachseilanordnung oder
einen Riemen aufweisen. Dies ist günstig für die Kraftübertragung
und korrespondiert mit den Eigenschaften einer Magnetkupplung, insbesondere
einer Wirbelstromkupplung.
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Der
Schleppantrieb kann in der bevorzugten Ausführungsform
besonders klein und kompakt bauen und trotzdem sehr hohe Antriebskräfte
und Beschleunigungen erzeugen und übertragen. Günstig ist
hierbei die Integration der Schwungmasse als Rotor in einen Elektromotor.
An der Schwungmasse kann das Magnetteil oder das Leitteil angeordnet sein.
Hierbei ist der Einsatz von Dauermagneten günstig. Die
Abstandsverstellung kann durch ein Verschieben der Schwungmasse
und des Magnetteils erfolgen. Eine rückstellende Feder
sorgt für die notwendige Sicherheit und die Selbstentlastung
der Kupplung bei Störung oder Stromausfall.
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Es
ist allerdings auch eine Umkehr der Anordnung und eine Montage des
Magnetteils an der Schleppeinrichtung möglich. Diese Variante
hat Vorteile wegen der reduzierten Drehzahlen und Fliehkräfte
sowie des einhergehenden geringeren Aufwands für die Befestigung
und Fliehkraftabstützung des gewichtslastigen Magnetteils.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1 und 2:
einen Schleppantrieb für Fahrzeuge mit einem Antrieb, einem
kinetischen Speicher, einer Magnetkupplung und einer Schleppeinrichtung
in Seitenansicht und geklappter Draufsicht,
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3 und 4:
eine Variante von 1 und 2 mit einer
anderen Schleppeinrichtung,
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5:
einen Längsschnitt durch den Antrieb, den kinetischen Speicher
und die Magnetkupplung sowie ein Drehteil der Schleppeinrichtung,
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6:
eine abgebrochene und vergrößerte Detailansicht
der Magnetkupplung von 5 in Lösestellung,
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7:
die Detailansicht der Magnetkupplung von 5 in Kupplungsstellung,
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8:
eine Seitenansicht des Magnetteils der Magnetkupplung und des Drehteils
gemäß Pfeil VIII von 5 und
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9:
eine Belustigungsvorrichtung nach Art einer Berg- und Talbahn mit
einem Schleppantrieb für die Fahrzeuge.
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Die
Erfindung betrifft einen Schleppantrieb (1) für
ein oder mehrere Fahrzeuge (2). Die Erfindung betrifft
ferner eine Belustigungsvorrichtung (52), beispielsweise
ein Fahrgeschäft, mit einem solchen Schleppantrieb (1).
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Die
Fahrzeuge können von beliebiger Art und Größe
sein. Es kann sich um Einzelfahrzeuge oder um Gruppen von mehreren
Fahrzeugen handeln, die ggf. untereinander zu einem Zug gekoppelt sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Fahrzeuge
(2) als Landfahrzeuge ausgebildet, die auf einer Führung
(50), z. B. einer Fahrschiene, mittels eines Fahrwerks
(51) sich bewegen, z. B. rollen. Die Führung (50)
oder Fahrschiene kann beliebig ausgebildet sein und die Fahrzeuge
(2) stehend oder hängend stützen und
führen. Die Fahrzeuge (2) können alternativ
Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge sein. Desgleichen kann auch die
Führung (50) anders ausgebildet sein, z. B. als
mechanischer Führungskanal, Magnetführung oder
dgl..
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Der
Schleppantrieb (1) dient dazu, die Fahrzeuge (2)
in kurzer Zeit mit einer hohen Beschleunigung anzutreiben und auf
eine hohe Endgeschwindigkeit zu bringen. Der Schleppantrieb (1)
kann dabei eine Katapultwirkung haben und als Katapultantrieb ausgebildet
sein. Die Fahrzeuge (2) werden dabei entlang der Führung
(50) und einer Antriebsstrecke oder Beschleunigungsstrecke
(53) bewegt, an deren Ende sich die Fahrzeuge (2)
vom Schleppantrieb (1) lösen und sich dann auf
Grund ihrer kinetischen Energie weiter bewegen können.
Die Fahrzeuge (2) können durch den Schleppantrieb
(1) innerhalb weniger Sekunden Geschwindigkeiten von über
50 m/sec und Beschleunigungen von über 2 g erreichen. Die bewegten
Massen von Fahrzeugen (2) und Passagieren können
zwischen einigen 100 kg und mehreren Tonnen variieren. Der Schleppantrieb
(1) kann in Verbindung mit einer Abschussrampe auch als
Katapultantrieb zum Abschießen von Flugkörpern
dienen.
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Der
Schleppantrieb (1) besteht aus einem drehenden Antrieb
(3) mit einer Kupplung (8) und einer mit dem oder
den Fahrzeug(en) (2) verbindbaren Schleppeinrichtung (6).
Der Antrieb (3) kann ferner einen kinetischen Speicher
(5) aufweisen, der in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein
kann. Er besteht in den gezeigten Ausführungsbeispielen
aus einer Schwungmasse, die vom Antrieb (3) in Bewegung
gesetzt wird. Die Kupplung (8) ist zwischen dem kinetischen
Speicher (5) und der Schleppeinrichtung (6) angeordnet.
Bei einem Schleppantrieb (1) ohne kinetischen Speicher
(5) kann die Kupplung (8) zwischen dem Antrieb
(3) und der Schleppeinrichtung (6) angeordnet
sein.
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Der
drehende Antrieb (3) besitzt mindestens einen Motor (4),
der in beliebiger Weise ausgebildet sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Elektromotor (4). Der Antrieb
(3) kann ferner ein Getriebe oder andere, dem Motor (4) nachgeschaltete
Komponenten haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel treibt
der Motor (4) direkt auf den kinetischen Speicher (5)
oder auf die Kupplung (8).
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Wie 5 bis 7 verdeutlichen,
baut der drehende Antrieb (3) sehr kompakt. Er besitzt
ein bockartiges Gestell (7), in dem ein Achskörper
(23) drehfest gelagert ist. An dem Gestell (7)
oder dem Achskörper (23) ist auch der Stator (32)
des Elektromotors (4) starr angeordnet. Der Stator (32)
trägt an der Innenseite die Motorwicklung (34).
Der Rotor (33) ist konzentrisch zur Drehachse (19)
des Achskörpers (23) drehend gelagert und ist
mit dem kinetischen Speicher (15) oder der Magnetkupplung
(8) verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
bildet die Schwungmasse (5) mit einem nach hinten abstehenden
hülsenförmigen Absatz den Rotor (33).
Der Rotor (33) und die Schwungmasse (5) sind mittels
eines Lagers (22) auf einer nachfolgend erläuterten
Schubhülse (21) drehbar gelagert, welche ihrerseits
auf dem Achskörper (23) axial verschieblich und
ggf. drehfest gehalten ist. Der Antrieb (3) ist in dieser
Ausführungsform als elektrischer Direktantrieb ausgebildet.
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Die
Kupplung (8) ist als Magnetkupplung ausgebildet, bei der
die Antriebskräfte vom Antrieb (3) auf die Schleppeinrichtung
(6) über Magnetkräfte übertragen
werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Magnetkupplung
als Wirbelstromkupplung (11) ausgebildet. Hierbei werden
zwischen einem Magnetteil (12) und einem Leitteil (15),
die relativ zueinander mit einem gegenseitigen Abstand (18) bewegt
werden, über Induktion Wirbelströme und elektromagnetische
Felder und Kräfte erzeugt. Die Kraftübertragung
erfolgt ohne gegenseitige Berührung von Magnetteil (12)
und Leitteil (15). Der Aufbau der Wirbelstromkupplung (11)
wird nachstehend näher erläutert.
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Alternativ
kann die Magnetkupplung (8) als Haftkupplung ausgebildet
sein, bei der zwei Magnetelemente sich anziehen und aneinander haften.
Daneben sind andere Varianten von Magnetkupplungen (8)
möglich, bei denen Antriebskräfte mittels Magnetkraft übertragen
werden.
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Die
Schleppeinrichtung (
6) kann in beliebiger Weise ausgebildet
sein. Sie kann mit dem oder den Fahrzeug(en) (
2) dauerhaft
oder lösbar verbunden sein. In der gezeigten Ausführungsform
ist die Schleppeinrichtung (
6) gleich oder ähnlich
wie in der
WO 01/66210
A1 ausgebildet und steht mit dem oder den Fahrzeug(en)
(
2) in einer einseitigen Schleppverbindung, die am Ende
der Beschleunigungsstrecke (
53) gelöst werden
kann. Alternativ kann die vorher erwähnte dauerhafte Verbindung
vorhanden sein, wobei die Fahrzeuge (
2) auf einer offenen
oder geschlossenen Kreis- oder Spiralbahn bewegt werden.
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In
der gezeigten Ausführungsform von 1 bis 4 weist
die Schleppeinrichtung (6) ein Drehteil (35) auf,
welches mit dem Antrieb (3) und ggf. mit dem kinetischen
Speicher (5) über die Kupplung (8) lösbar
verbunden werden kann. Das Drehteil (35) ist z. B. als
Trommel oder als Winde ausgebildet. Das Drehteil (35) ist
mittels eines Lagers (36) auf dem Achskörper (23)
um die Achse (19) gleichachsig mit dem Antrieb (3)
drehbar gelagert.
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Die
Schleppeinrichtung (6) weist ferner eine Mitnahmeeinrichtung
(47) für das oder die Fahrzeug(e) (2)
auf, die beliebig ausgebildet sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist sie als Schleppwagen (48) mit einer starren oder ausfahrbaren Schleppklinke
ausgebildet, die an mindestens einem Fahrzeug (2) lösbar
eingehängt werden kann und die bei Betätigung
des Schleppantriebs (1) das oder die Fahrzeug(e) (2)
in Fahrtrichtung (49) zieht und dabei beschleunigt. Der
Schleppwagen (48) bewegt sich auf einer eigenen Führung
parallel zur Führung (50) der Fahrzeuge (2)
und ist mit dem Drehteil (35) über ein Schleppmittel
(39) verbunden.
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Das
Schleppmittel (39) ist in der gezeigten Ausführungsform
zugfest sowie biegeelastisch und besteht aus einer Mehrfachseilanordnung
(40) und/oder einem Gurt oder Riemen (43). 1 und 2 sowie 3 und 4 zeigen
hierfür zwei verschiedene Varianten mit einer Ausbildung
der Schleppeinrichtung (6) als Wickeltrieb (37)
oder als Umlauftrieb (38).
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In 1 und 2 ist
ein Wickeltrieb (37) dargestellt. Die Mehrfachseilanordnung
(40) besteht aus ein oder mehreren Schleppseilen (41),
z. B. zwei gespreizten Schleppseilen (41), die einerseits
mit dem Schleppwagen (48) verbunden sind und andererseits
auf den Randbereichen der Winde (35) bei Drehung um deren
Achse (19) aufgewickelt werden können. Für
die Rückholung des Schleppwagens (48) ist ein
Rückholseil (42) vorhanden, welches gegenläufig
auf der Winde (35) zwischen den Schleppseilen (41)
aufgewickelt ist und über eine Umlenkrolle (44)
geführt ist.
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Die
Umlenkrolle (44) befindet sich am rückwärtigen
Ende der Beschleunigungsstrecke (53), wobei der Schleppantrieb
(1) und das Drehteil (35) am vorderen Streckenende
angeordnet sind. Das oder die Schleppseil(e) (41) sind
an der Vorderseite des Schleppwagens (48) und das Rückholseil
(42) an dessen Rückseite angeschlagen. An der
Umlenkrolle (44) ist ein Spannantrieb (45) angeordnet,
der mit der Umlenkrolle (44) das Rückholseil (42)
und damit auch die Schleppseile (41) spannt.
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Wie 1 und 2 verdeutlichen,
kann für die Rückholung des Schleppwagens (48)
in die in 1 gezeigte Ausgangsstellung
ein Rückholantrieb (46) angeordnet sein, mit dem
das Rückholseil (42) angetrieben ist. Dieser Rückholantrieb
(46) kann z. B. an der Umlenkrolle (44) angeordnet
sein. Alternativ kann er sich auch am Drehteil (35) befinden.
Für die Rückholung ist die Kupplung (8)
gelöst und das Drehteil (35) ist vom Antrieb (3)
und ggf. dem kinetischen Speicher (5) abgekuppelt und frei
drehbar.
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In
der Variante von 3 und 4 ist ein Umlauftrieb
(38) dargestellt, bei dem das Schleppmittel (39)
als umlaufende Mehrfachseilanordnung (40) oder als breiter
Gurt bzw. Riemen (43) ausgebildet ist. Die Seil- oder Gurttrume
sind über die Umlenkrolle (44) und die mit Reibkraft
treibende Trommel (35) geführt und am vorderen
und hinteren Ende des Schleppwagens (48) angeschlagen.
Bei der Mehrfachseilanordnung (40) sind mehrere parallele Schleppseile
(41) vorhanden, die z. B. als Metallseile, Kunststoffseile
oder in sonstiger geeigneter Weise ausgebildet sind und in entsprechenden
Nuten oder Rillen der Trommel (35) geführt sind.
Mittels der Spanneinrichtung (45) wird auch hier das Schleppmittel
(39) gespannt.
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In
der Variante eines Gurts oder Riemens (43) sind ein oder
mehrere Lagen von lasttragenden Strängen, z. B. Cords aus
Metalldrähten oder Kunststofflitzen, in eine umgebende
Masse aus einem elastomeren Material, z. B. Polyurethan, Gummi oder dgl.,
eingebettet. Der Gurt (43) kann eine ebene Auflagefläche
für den Trommelkontakt haben. Alternativ kann hier eine
Wellenkontur in der Breite vorhanden sein. Der Gurt (43)
kann auch als Keilriemen, z. B. als Breitkeilriemen, ausgebildet
sein und mit einer entsprechend komplementär konturierten
Trommel (35) zusammenwirken, die entsprechende Keilrillen
am treibenden Trommelumfang aufweist. Der Riemen (43) kann
auch als Zahnriemen ausgebildet sein.
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5 bis 7 verdeutlichen
den Aufbau der Wirbelstromkupplung (11). 6 zeigt
dabei die Lösestellung (9) und 7 die
Kupplungsstellung (10).
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Das
Magnetteil (12) der Wirbelstromkupplung (11) ist
in der gezeigten Ausführungsform an der Schwungmasse (5)
bzw. am Rotor (33) angeordnet. Das Magnetteil (12)
besteht aus mehreren Magneten (13), die in mindestens einem
Ring konzentrisch um die Drehachse (19) angeordnet sind
und dabei an einem Magnetträger (14) befestigt
sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Schwungmasse
(5) bzw. der Rotor (33) den Magnetträger
(14). Dieser kann alternativ als separates Teil ausgebildet
und drehschlüssig mit der Schwungmasse (5) bzw.
dem Rotor (33) verbunden sein. Die Magnete (13)
sind in der gezeigten Ausführungsform als Permanentmagnete
ausgebildet, die in Umfangsrichtung eine abwechselnde Polung haben. 8 verdeutlicht
in der Seitenansicht diese kontinuierlich wechselnden Polungen von
Süd/Nord. Bei einer Drehung um die Achse (19)
erzeugen die Magnete (13) magnetische Wechselfelder.
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Das
Leitteil (15) der Wirbelstromkupplung (11) besteht
aus mindestens einem elektrisch leitfähigen und z. B. aus
Kupfer oder einem anderen Metall gefertigten Leitelement (16).
Diese wird von ein oder mehreren geschlossenen Ringbahnen gebildet,
die ebenfalls konzentrisch zur Drehachse (19) angeordnet
sind und von einem Träger (17) rückseitig
gehalten werden. Der Träger (17) kann der eine
seitliche Ringsteg des Drehteils (35) sein.
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Das
Leitelement (16) und die Magnete (13) sind einander
gegenüberliegend und mit gleichem radialen Abstand zur
Drehachse (19) angeordnet. Zwischen dem Leitelement (16)
und den Magneten (13) befindet sich ein Luftspalt (18),
von dessen Breite die Kupplungswirkung und die Kraftübertragung
abhängen. Die Kupplungswirkung und Kraftübertragung hängt
ferner von der relativen Drehgeschwindigkeit von Magnetteil (12)
und Leitteil (15) um die gemeinsame Achse (19)
ab. Die drehenden Magnete (13) erzeugen magnetische Wechselfelder,
die im Leitelement (16) Wirbelströme induzieren,
welche ihrerseits zurückwirkende elektromagnetische Wechselfelder erzeugen.
Durch diese elektromagnetischen Felder werden die Kupplungs- und
Mitnahmekräfte vom Antrieb (3) auf die Schleppeinrichtung
(6) und deren Drehteil (35) übertragen.
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Je
größer die Unterschiede in den Rotationsgeschwindigkeiten
von Magnetteil (12) und Leitteil (15) sind, desto
größer sind die mitnehmenden Magnetkräfte
und die Kupplungswirkung. Bei einem stehenden oder nur sehr langsam
drehenden Drehteil (35) sind die Kupplungswirkung und Kraftübertragung
maximal. Durch die Kupplungs- und Mitnahmewirkung beschleunigen
das Drehteil (35) und die Schleppeinrichtung (6),
wobei die Antriebskräfte auf das oder die Fahrzeuge (2) übertragen
werden. Je schneller das Drehteil (30) und das Leitteil
(15) sich drehen und je kleiner die Drehzahlunterschiede
zwischen Magnetteil (12) und Leitteil (15) werden,
desto mehr nimmt die Kupplungswirkung und Kraftübertragung
ab und geht bei Annäherung an die gleiche Drehgeschwindigkeit
oder Drehzahl gegen Null. Dies führt zu einem Selbstregeleffekt
der Wirbelstromkupplung (11).
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Die
Kupplungswirkung und Kraftübertragung hängen außerdem
in der vorerwähnten Weise vom axialen Abstand (18)
ab. Je kleiner der Abstand (18) ist, desto größer
sind die Kraftübertragung und die Kupplungswirkung. In
der Kupplungsstellung (10) von 7 ist der
Abstand minimal. In der Lösestellung (9) von 6 ist
der Abstand (18) so groß, dass trotz etwaiger
Drehzahlunterschiede keine signifikante elektromagnetische Kraftübertragung
und keine Kupplungswirkung besteht.
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Die
Magnetkupplung (8) und insbesondere die Wirbelstromkupplung
(11) können in ihrer Kraftübertragung
gesteuert werden.
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Dies
ist auf verschiedene Weise möglich. Einerseits kann die
Magnetkraft verändert werden. Dieser Effekt lässt
sich einsetzen, wenn statt der Permanentmagnete (13) Elektromagnete
mit steuerbarer Magnetkraft eingesetzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich ist eine Steuerung über eine Größeneinstellung
des Spaltes oder Abstands (18) in der vorbeschriebenen
Weise möglich. Für diese Abstandseinstellung kann
die Magnetkupplung (8) oder Wirbelstromkupplung (11)
eine Zustelleinrichtung (20) aufweisen.
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In
der gezeigten Ausführungsform ist das Magnetteil (12)
auf dem Achskörper (23) längs der Achse
(19) verschieblich gelagert. Die Zustelleinrichtung (20)
weist hierfür ein axial bewegliches Stellelement (21)
und einen Stellantrieb (24) auf. Das Stellelement (21)
ist beispielsweise als Schubhülse ausgebildet, die auf
dem Achskörper (23) drehschlüssig und
axial gleitfähig gelagert ist und die auf dem Außenumfang
das eingangs erwähnte Lager (22) für
die Schwungmasse (5) bzw. den Rotor (33) trägt.
Das Lager (22) überträgt Axialkräfte,
wodurch bei einer Schubhülsenbewegung das Magnetteil (12)
zur Verkleinerung oder Vergrößerung des Abstands
(18) axial mitgenommen wird.
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Der
Stellantrieb (24) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen fluidischen Antrieb, der z. B. mit einer Hydraulikflüssigkeit
arbeitet und eine Ventilsteuerung (25) aufweist. Die Schubhülse
(21) hat abgestufte Innendurchmesser und bildet hierdurch
im Zusammenwirken mit dem entsprechend abgestuften Achskörper
(23) ringförmige Druckkammern (26, 27),
die wechselweise mit dem Antriebsfluid beaufschlagt werden. 5 zeigt in
Anordnung in der Übersicht.
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Die
Abstufungen des Achskörpers (23) können
durch angedrehte Bunde oder durch aufgezogene Hülsen gebildet
werden. Die Druckkammern (26, 27) sind außerdem
durch Dichtungen zwischen Achskörper (23) und
Stellelement (21) abgedichtet. Durch Beaufschlagung der
hinteren Druckkammer (26) unter Lüftung der anderen
Druckkammer (27) wird eine Vorschubkraft erzeugt, die das
Leitteil (12) in die in 7 gezeigte
Kupplungsstellung (10) bewegt. Bei Beaufschlagung der vorderen
Druckkammer (27) und Lüften der hinteren Druckkammer
(26) wird eine entgegengerichtete Lösebewegung
und ein Rückhub zur Einnahme der in 6 gezeigten
Lösestellung (9) erzeugt.
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Der
Stellantrieb (24) kann aus Sicherheitsgründen
ein rückstellendes Federelement (28) aufweisen.
Dieses besteht z. B. aus einer Schraubenfeder oder einem Paket von
mehreren Tellerfedern, die in einem Freiraum des Stellelements (21)
aufgenommen sind und die sich an der Vorderseite an einem Bund oder
Vorsprung des Achskörpers (23) und an der Rückseite
am Stellelement (21) abstützen. Beim Vorschub
der Schubhülse (21) werden die Rückstellfedern
(28) gespannt. Bei einer Störung oder einem Ausfall
des fluidischen Antriebssystems schieben die Rückstellfedern
(28) das Leitteil (12) in die Lösestellung
(9) zurück und öffnen die Wirbelstromkupplung (11).
Sie sorgen außerdem für eine axiale Stabilisierung
der Schubhülsen- und Kupplungsstellung.
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Wie 6 und 7 verdeutlichen,
bewegt sich beim Vorschub und beim Rückhub des Magnetteils
(12) der Rotor (33) des Motors (4) ebenfalls
in Axialrichtung. Hierdurch wird der Überdeckungsgrad der
am Rotorumfang angeordneten Motormagnete und der Wicklung (34)
verändert.
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Die
Magnetkupplung (8) bzw. die Wirbelstromkupplung (11)
kann in unterschiedlicher Weise gesteuert werden. In der einfachsten
Variante wird durch eine Betätigung des Stellantriebs (24)
die Kupplung geschlossen und die Schleppeinrichtung (6)
sowie deren Drehteil (35) vom drehenden Antrieb (3)
unter Beschleunigung des Fahrzeugs (2) mitgenommen. Am
Ende der Beschleunigungs- oder Schleppstrecke (53) wird
die Magnet- oder Wirbelstromkupplung (8,11) wieder
geöffnet, was durch Endschalter oder dergleichen geschehen
kann, die mit dem Schleppwagen (48) und/oder dem Fahrzeug (2)
zusammenwirken.
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Darüber
hinaus ist es möglich, die Antriebsübertragung
auf das Fahrzeug (2) in anderer Weise zu steuern und auch
zu regeln. Hierfür kann an der Beschleunigungs- oder Schleppstrecke
(53) eine Messeinrichtung (30) angeordnet sein,
die in 1 beispielhaft dargestellt ist. Die Messeinrichtung
(30) nimmt die Bewegung des oder der Fahrzeuge (2)
sowie deren Geschwindigkeit oder ggf. auch deren Beschleunigung
auf. Hierfür kann die Messeinrichtung (30) in
beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind mehrere Sensoren (31) an der Beschleunigungsstrecke
(53) angeordnet und befinden sich z. B. im Bereich der
Führung (50). Die Sensoren (31) sind
z. B. als Hallsensoren oder dergleichen ausgebildet und tasten die Überfahrbewegung
eines relevanten Fahrzeugbereichs, z. B. der Fahrzeugvorderkante,
des ersten Rades oder dergleichen ab. Aus der zeitlichen Abfolge
der Sensorsignale kann über eine geeignete Auswertung abgeleitet
werden, ob und wie schnell sowie mit welcher Beschleunigung sich
das oder die Fahrzeuge (2) bewegen.
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Alternativ
kann die Messeinrichtung (30) in anderer Weise ausgebildet
und angeordnet sein. Sie kann z. B. dem Antrieb (3), der
Kupplung (8,11) oder der Schleppeinrichtung (6),
insbesondere dem Drehteil (35) zugeordnet sein und deren
Bewegungen aufnehmen, z. B. durch einen Drehzahlmesser oder Drehgeber.
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Der
Schleppantrieb (1) kann eine separate Steuerung (29)
aufweisen, die mit der Messeinrichtung (30) und mit dem
Stellantrieb (24), beispielsweise mit dessen Ventilsteuerung
(25), verbunden ist. Die Steuerung (29) kann feststellen,
ob das oder die Fahrzeuge (2) sich in der vorgesehenen
Weise und Kinematik bewegen oder nicht. Insbesondere kann ermittelt
werden, ob das oder die Fahrzeuge (2) bei Verlassen der
Beschleunigungsstrecke (53) die erforderliche Abschussgeschwindigkeit
und kinetische Energie haben. Falls das oder die Fahrzeuge (2)
zu langsam sind, kann die Steuerung (29) durch Eingriff am
drehenden Antrieb (3) und/oder an der Magnetkupplung (8)
bzw. der Wirbelstromkupplung (11) einwirken. Beispielsweise
kann je nach Situation die Antriebsleistung auf das erforderliche
Maß erhöht oder im Störfall der Antrieb
(3) abgeschaltet werden. In ähnlicher Weise kann
die Kupplung (8,11) weiter geschlossen bzw. in
ihrer Kraftübertragung gesteigert werden. Im Störungsfall
kann die Kupplung (8,11) auch ausgerückt
und geöffnet werden.
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Ferner
ist es möglich, dass die Masse oder das Gewicht des oder
der Fahrzeuge (2) variieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
einer Belustigungsvorrichtung (52) kann sich zum Beispiel
die Zuglänge oder die Zahl und Zusammensetzung der Passagiere ändern.
Hieran kann in einer Regelung der Schleppantrieb (1) über
die Steuerung (29) angepasst werden.
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Aus
den Meldungen der Messeinrichtung (30) kann die Steuerung
(29) ersehen, ob die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung
des oder der Fahrzeuge (2) gegenüber einem Vorgabewert
zu klein oder zu groß ist und kann durch einen entsprechenden
Eingriff am Antrieb (3) und/oder der Kupplung (8)
die Antriebsleistung und/oder die Kupplungswirkung nachregeln. Hierzu
kann beispielsweise über den Stellantrieb (24)
der Abstand (18) auf das erforderliche Maß verändert
werden.
-
In
der gezeigten Ausführungsform mit einem kinetischen Speicher
(5) kann der Antrieb (3) permanent laufen. Die
Antriebsleistung kann variiert werden und z. B. zwischen einer Grundleistung
zur Aufrechterhaltung der Drehbewegung der Schwungmasse (5)
und einer gesteigerten Antriebsleistung zum Beschleunigen des oder
der Fahrzeuge (2) hin- und herschwanken. Über
das Lösen und Schließen der Kupplung (8,11)
werden die permanente Drehung und die Antriebsleistung nach Bedarf
auf den Schleppantrieb (6) übertragen, wobei Schlupf
auftreten kann.
-
Mit
der Steuerung (29) kann auch der Rückholantrieb
(46) gesteuert werden, wobei nach Abschuss des oder der
Fahrzeuge (2) die Kupplung (8,11) gelöst
wird und der Rückholantrieb (46) die Schleppeinrichtung
(6) mit der Mitnahmeeinrichtung (47) bei weiter
drehendem Antrieb (3) zurück in die Ausgangsstellung
zum Abschießen des nächsten Fahrzeugs (2)
bringen kann. Bei gelöster oder geöffneter Kupplung
(8,11) kann das Drehteil (35) in die Gegenrichtung
gedreht werden.
-
In
der gezeigten Ausführungsform wird der Schleppantrieb (1)
an einer Belustigungsvorrichtung (52) eingesetzt, die als
Fahrgeschäft in der Art eines Roller Coasters ausgebildet
und beispielhaft in 9 dargestellt ist. An die Beschleunigungsstrecke
(53) schließt sich eine in beliebiger Weise ausgebildete Freifahrstrecke
(54) an, die endlich oder endlos sein kann. Sie kann Erhebungen,
Täler, Kurven, Neigungen, Loopings, Sturzstrecken oder
eine sonstige beliebige Streckenführung haben und kann
insbesondere wieder zu Beginn der Beschleunigungsstrecke (53)
zurückführen. Die Freifahrstrecke (54)
kann ein oder mehrere Erhebungen (55) und Gefällestrecken (56)
haben. In der gezeigten Ausführungsform werden die Fahrzeuge
(2) vom Schleppantrieb (1) zunächst aus
der Beschleunigungsstrecke (53) über eine Anlaufstrecke
in eine steile Steigungsstrecke auf die erste turmartige Erhebung
(55) katapultiert, von deren Zenith sie dann in einer Gefällestrecke (56)
mit anschließenden Fahrstrecken (57) in einer Berg-
und Talfahrt zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehren. Alternativ
können die Fahrzeuge auch in einen Looping oder in einen
anderen Bahnabschnitt katapultiert werden und von dort wieder in
Gegenrichtung zurückbewegt werden.
-
Der
Schleppantrieb (1) ist in der gezeigten Ausführungsform
nur ein Mal vorhanden. Er kann in größeren Anlagen
aber auch mehrfach angeordnet sein und für eine Zwischenbeschleunigung
der Fahrzeuge (2) sorgen. Die Belustigungsvorrichtung (52) hat
ferner noch ein oder mehrere Bremsstrecken (58). Sie besitzt
zudem einen Einstiegsbereich oder Bahnhof (59), dem ggf.
auch eine Ruhe- oder Wartestrecke vorgeschaltet ist.
-
Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind
in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann die Zuordnung
und Kinematik von Magnetteil (12) und Leitteil (15)
geändert und insbesondere vertauscht werden. Das Magnetteil
(12) kann an der Schleppeinrichtung (6), insbesondere
an deren Drehteil (35) angeordnet sein, wobei das Leitteil
(15) am Antrieb (3), insbesondere am Rotor (33)
oder am kinetischen Speicher (5) montiert ist. Das Magnetteil
(12) kann ein höheres Gewicht als das Leitteil
(15) haben, so dass seine Befestigung und Abstützung
an dem langsamer drehenden Drehteil (35) günstiger
sein kann und mehr Sicherheit bieten kann. Dies gilt insbesondere
bei einer Einzelbefestigung der Magnete (13). Bei dem ggf.
einteilig und als geschlossener Ring ausgebildeten Leitteil (15)
kann die Montage und Fliehkraftabstützung am schneller
drehenden Rotor (33) oder am kinetischen Speicher (5)
vergleichsweise einfacher und betriebssicherer sein.
-
Statt
Permanentmagneten (13) können steuerbare Elektromagnete
mit abwechselnder Polung eingesetzt werden. Die Zustelleinrichtung
(20) kann auf das Leitteil (15) bzw. auf das Drehteil
(35) einwirken und das Leitteil (15) relativ zum
Drehteil (35) oder beide zusammen verstellen, insbesondere
verschieben.
-
Ferner
kann der Antrieb (
3) und dessen Motor (
4) in anderer
Weise ausgebildet sein, z. B. als Hydromotor. Variabel ist auch
die Zustelleinrichtung (
20) und deren Stellantrieb (
24).
Statt eines fluidischen Antriebs kann ein mechanischer Antrieb,
z. B. mit Elektromotor und Stellspindel oder dergleichen eingesetzt
werden. Auch die Schleppeinrichtung (
6) und deren Mitnahmeeinrichtung
(
47) können anders ausgebildet und angeordnet
sein. Die Fahrzeuge (
2) können dabei z. B. mit
einem steifen Schleppmittel geschoben statt gezogen werden. Die
Magnet- oder Wirbelstromkupplung lässt sich auch bei anderen
Arten von Schleppantrieben, z. B. gemäß der
DE 27 03 833 A1 ,
einsetzen.
-
Grundsätzlich
kann die Magnetkupplung (8) auch an anderer Stelle des
Schleppantriebs (1) angeordnet sein. Die Relativbewegung
zwischen dem Magnetteil (12) und dem Leitteil (15)
kann außerdem linear oder in beliebig anderer Weise ausgeführt
sein.
-
- 1
- Schleppantrieb,
Katapultantrieb
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Antrieb
- 4
- Motor,
Elektromotor
- 5
- kinetischer
Speicher, Schwungmasse
- 6
- Schleppeinrichtung
- 7
- Gestell
- 8
- Kupplung,
Magnetkupplung
- 9
- Lösestellung
- 10
- Kupplungsstellung
- 11
- Wirbelstromkupplung
- 12
- Magnetteil
- 13
- Magnet,
Permanentmagnet
- 14
- Magnetträger
- 15
- Leitteil
- 16
- Leitelement,
Leitbahn
- 17
- Träger
- 18
- Spalt,
Abstand
- 19
- Drehachse
- 20
- Zustelleinrichtung
- 21
- Stellelement,
Schubhülse
- 22
- Lager
- 23
- Achse,
Achskörper
- 24
- Stellantrieb
- 25
- Ventilsteuerung
- 26
- Druckkammer
Vorschub
- 27
- Druckkammer
Rückhub
- 28
- Federelement,
Rückstellfeder
- 29
- Steuerung
- 30
- Messeinrichtung
- 31
- Sensor
- 32
- Stator
- 33
- Rotor
- 34
- Wicklung
- 35
- Drehteil,
Trommel, Winde
- 36
- Lager
- 37
- Wickeltrieb
- 38
- Umlauftrieb
- 39
- Schleppmittel
- 40
- Mehrfachseilanordnung
- 41
- Schleppseil
- 42
- Rückholseil
- 43
- Gurt,
Riemen
- 44
- Umlenkrolle
- 45
- Spanneinrichtung
- 46
- Rückholantrieb
- 47
- Mitnahmeeinrichtung
- 48
- Schleppwagen
- 49
- Fahrtrichtung
- 50
- Führung,
Fahrschiene
- 51
- Fahrwerk
- 52
- Belustigungsvorrichtung,
Fahrgeschäft
- 53
- Beschleunigungsstrecke,
Schleppstrecke
- 54
- Freifahrstrecke
- 55
- Erhebung,
Turm
- 56
- Gefällestrecke
- 57
- Fahrstrecke
- 58
- Bremsstrecke
- 59
- Einstiegsbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2703833
A1 [0002, 0069]
- - US 4165695 A [0002]
- - WO 01/66210 A1 [0003, 0034]
- - DE 29822644 U1 [0004]
- - DE 20119119 U1 [0005]
- - DE 10229440 A1 [0006]
- - DE 3027727 A1 [0007]
- - DE 3732766 A1 [0008]