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Magnetschwebefahrzeug mit federnd gelagerten Trag- und Führungsmagneten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetschwebefahrzeug, das mit Hilfe von in ihrer
Magnerkraft geregelten und mit dem Magnetschwebefahrzeug federnd verbundenen Trag-
und Führungsmaglneten gegenüber seinen Trag- und Fihrungsschienen in einem vorbestimmten
Abstand geführt ist.
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Magnetschwebefahrzeuge sind für sehr hohe Geschwindigkeiten bis zu
@ 0 km pro Stunde ausgelegt und weden in
einem möglichst geringen
vorbestimmten Abstand gegenüberden Trag- und Führungsschienen geführt, damit-die
zum-Pragen und Führen erforderlichen Magnete nicht zu schwer werden und nicht zu
viel Energie verbrauchen.
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Zunächst wurden derartige Magnerschwebefahrzeuge über ihre ganze Länge
mit starr montierten magneten versehen, da bei den hohen Geschwindigkeiten nur sehr
geringe Bahnkrümnungen anwendbar sind, die ein starres Fahrzeug zwanglos nahezu
wie gerade Streckenteile durchf-ahrt; vgl. Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe
A (TZ-t), vom 01.01.1953, S. 11.
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Die starre Konstruktion bedingt jedoch einen hohen Aufwand und ist
auch nicht für alle Fahrzustände geeignet, so etwa nicht in der Kurveneinleitung
und beim Durchfahren enger Bahnkrümmungen mit niedriger Geschwindigkeit etwa in
Bahnhofsnähe. Daher ging man dazu über, Magnetschwebefahrzeuge in der Konstruktion
an herkömmliche schienengebundene Fahrzeugt anzulehnen, und zwar derart, daß der
Wagenkasten des ¢agnetschwebefahrzeuges über jeweils ein vorderes und ein hinteres
czbqefedertes Drehgestell mit den an dem Drehgestell starr befestigten Trag- und
Führungsmagneten verbunden ist. Jedes Drehgestell bedeckt etwa die halbe Länge des
Fahrzeuges. Auch bei dieser Konstruktion ist die Führung des Fahrzeuges in einem
geringen Abstand zu den Trag- und Führungsschienen schwierig.
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Dies ist einesteils ein Regelproblem, da bei den projektierten hohen
Geschwindigkeiten sehr schnelle Regler verwendet werden müssen, um Störkrafte, die
das Magnetfahrzeug aus der Sollbahn lenken, ausregeln zu können. Dieses Froblem
ist allerdings heute im Prinzip gelöst.
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Weiterhin ist die Führung des Magnetschwebefahrzeuges in einem gerinqen
Abstand zu den Schienen durch die Unebenheit
der Trasse in Verbindung
mit den Dimensionen des Drehyestells und cAer darauf starr befestigten Trag- und
Führungs magnete begrenzt. Die zur Einhaltung des vorgegebenen standes notwendigen
geringen Toleranzen in der Schienenführung setzen hohe fertigungs- und montagetechnische
Präzision bei der Erstellung der Trasse voraus, was selbstverständlich deren Bau
verteuert.
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werner ist der Abstand zwischen den Trag- und Führungsmagneten und
den zugehörigen Schienen ganz entscheidend bestimmt durch die zu fahrenden Kurvenradien.
Da bei großräumigen Magnetschwebefahrzeugen auch die Dimensionen für die Drehgestelle
mit den darauf starr angeordneten Magneten entsprechend groß werden und durchaus
Langen von ehr als fünf liietern erreichen können ist ersichtlich, daß schon bei
großen Kurvenradien die einzelnen magnete über die Länge des Fahrzeuges erheblich
unterschiedliche Abstande va cien Trag-und Führungsschienen haben; um trotzdem eine
glatte Führung des Magnetschwebefahrzeuges zu erreichen, sind regeltechnisch komplizierte
Ausgleichs schaltungen in Verbindung mit teilweise extrem hohen Stromstärken notwendig.
Bei großen Magnetschwebefahrzeugen treten diese Probleme besonders in Bahnhofsnähe
auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Magnetschwebefahrzeug der
eingangs genannten Art die Magnete mit den Magnetschwebe fahrzeug so zu verbinden,
daß eine einwandfreie Führung des hagnetschwebefahrzeuges erreicht und gleichzeitig
der Abstand zwischen Magneten und zugeordneten Schienen verringert wird.
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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelost, daß die Magnete
Glieder einer aus mehreren in Längsrichtung des Magnetschwebefahrzeuges hintereinander
angeordneten Einzelmagneten bestehenden hagnetkette sind, die sich vorzugsweise
über
die gesamte Länge des Magnetschwebefahrzeuges erstreckt, und daß die Einzelmagnete
über eine parallel zu der jeweiligen Plagnetkraft wirkende Federung mit dem Magnetschwebefahrzeug
verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung werden demnach die starren Magnete und die komplizierten
Drehgestelle durch eine Aufteilung der das Magnetschwebefahrzeug tragenden und führenden
Magnete in mehrere Einzelmagnete ersetzt, die wiederum einfach an dem Magnetschwebefahrzeug
federnd abgestützt sind. Für die Einzelmagnete werden zweckmäßig Längen in der Größenordnung
von etwa einem Meter gewählt; selbstverständlich können anstelle eines Magneten
dieser Lange auch mehrere kleine Magnete vorgesehen werden. Bei diesen Längen ist
bei den zu sdurchfahrenden Kurvenradien bei idealer Streckenführung der Abstand
zwi schen den Schienen und dem zugeordneten magneten über dessen ganze Länge annähernd
gleich, so dan auch die Regelung des agneten auf einen geringen Abstand keine aufwendigen
Kompensationsschaltungen erfordert und daher ungleich einfacher ist als bei starr
an dem Magnetschwebefahrzeug oder an dem Drehgestell angeordneten und über deren
gesamte Länge re-ichenden magneten.
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Auch die Unebenheiten in den Führungsschienen und in den Tragschienen
können durch die federnde A-ufhängung der relativ kleinen und leichten magnete schnell
ausgeglichen werden, so daß auch hier das an sich komplizierte Regelsystem des Magnetschwebefahrzeuges
vereinfacht werden kann. Ebenso wird durch diese Maßnahme der Aufbau der Trasse
billiger, da die einzuhaltenden Toleranzen in der Schienenführung kleiner sind.
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Durch die Unterteilung und federnde Lagerung der Magnete köner nen
auch kleine Kurvenradien wesentlich einfach durchfahren werden als bisher, da die
gekrümmte Trasse durch die Einzelmagnete durch einen Treppenzug sehr gut angenähert
wird.
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Insbesondere bei der Kurveneinleitung und bei Fahrmanövern in Bahnhofsnähe
ist diese Eigenschaft vorteilhaft.
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Insgesamt kann während der gesamten Fahrt des Magnetschwebe fahrzeuges
bei gerader und gebogener Trassenführung der Abstand zwischen den Schienen und den
Magneten sehr klein gehalten werden. Im Gegensatz zu bekannten ieagnetschwebefahrzeugen
werden dadurch auch die Nominal stromstärken in den Magneten kleiner. Auch der zur
Regelung des Fahrzeuges notwendige Regelbereich der Stromstärken für die Magnete,
die sog. Magnetkraftüberhöhung, wird bei gleicher Kraftanstiegsgeschwindigkeit kleiner.
Dadurch können in Leistung und Gewicht günstige Magnete gebaut werden.
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Da außerdem der Wagenkasten des Magnetschwebefahrzeuges von den Regel-
und Ausgleichsbewegungen der Magnete bei geeigneter Dimensionierung der Federung
nahezu entkoppelt ist, kann auch ein gleichbleibend hoher Fahrkomfort gewährleistet
werden.
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Es ist zwar aus der Patentschrift 2 27 11? bekannt, ein Magnetschwebefahrzeug
durch mehrere, über die gesamte Länge des xagnetschwebefahrzeuges verteilte Magnete
zu führen, die mittels einer bei Kurvenfahrt durch die relative Winkelbewegung zweier
gekuppelter Fahrzeuge oder Fahrzeugteile beeinflußten Steuerung derart verschiebbar
sind, daß sich die Außenkontur der Führungsmagnete der Kurvenkrümaiung der Führungsschienen
selbständig anpaßt. Bei einer derartigen, erst bei Kupplung zweier Fahrzeuge erreichten
zwangsnachführung der magnete ist jedoch deren Lage untereinander zwangsläufig vorgeschrieben,
eine Regelung des Abstandes der einzelnen Magnete zwischen Schiene und Magnet ist
nicht vorgesehen, so daß wie bei herkömmlichen Magnetschwebefahrzeugen dieser Abstand
relativ groß gewählt werden muß. Eine Federung für die Magnete ist ebenfalls nicht
vorgesehen.
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Die Konstruktion für die Abfederung und Unterteilung der Einzelmagnete
wird gemäß der Erfindung bevorzugt so ausgebildet, daß die Magnete auf Magnetträgern
angeordnet sind, die am Nagnetschwebefahrzeug lediglich um eine Achse parallel zu
dessen Längsachse schwenkbar befestigt sind. Die sonst üb liche komplizierte Drehgestellkonstruktion
entfällt damit.
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Geometrisch besonders günstig ist es, wenn die Magnetträger in der
vertikalen Längsmittelebene des Hagnetschwebefahrzeuges befestigt sind, da auf diese
Weise bei der in der Kurveneinleitung notwendigen einseitigen Trassenüberhöhung
die Magnete parallel zu den Schienenbändern ausgerichtet sind, wodurch Torsionen
des Wagenkörpers durch unterschiedliche Magnetkräfte vermieden werden.
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Um größtmögliche Unabhängigkeit in aer xachführaily eer Einzelmagnete
gegenüber der Trasse zu erreichen, werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die in Fahrtrichtung des Magnetschwebefahrzeuges linken und die in
Fahrtrichtung rechten Magnete jeweils auf gesonderten Magnetträgern angeordnet.
Hierbei können z.B. die Tragmagnete starr und die Führungsmagnete über eine Federung
mit dem hagnetträger verbunden sein, während der Magnetträger in der Hochachse des
Magnetschwebefahrzeuges gegen dieses abgestützt ist.
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Weitere Möglichkeiten der Verbindung zwischen Magneten und Magnetschwebefahrzeug
gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung naher
erläutert. Im einzelnen stellen dar: Fig. n die Seitenansicht eines Magnetschwebefahrzeuges
auf einer aufgeständerten Trasse; Fig. 2 einen Schnitt längs II-II gemäß Fig. 1
zur Darstellung der Abfederung von Trag- und Führungsmagneten des Magnetschwebefahrzeuges;
Fig.
3 eine Einzelheit einer Ausbildung eines Magnete trägers und die Fig. 4 bis Fig.
8 verschiedene Susführungsbeispiele für die Anordnung und Abstützung der Trag- und
Führungsmagnete auf dem Magnetträger.
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Ein Magnetschwebefahrzeug 1, das auf einer mittels Stützen 2 aufgeständerten
Trasse 3 fährt, weist über seine gesamte Länge eine Vielzahl von Einzelmagneten
auf, wovon in Fig. 1 schematisch nur die Tragmagnete 4 gezeigt sind.
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Gemäß Fig. 2 ist die Trasse aus einer Winkel schiene aufgebaut, deren
einer Schenkel Führungsschiene 31 und der andere Tragschiene 32 ist. Der Führungsschiene
31 sind Führungsmagnete 5, der Tragschiene 32 die Tragmagnete 4 zugeordnet.
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Die Trag- und Führungsmagnete sind auf einem gemeinsamen Zwischenträger
c angeordnet, der über eine hier nur angedeutete Federung 7 mit einem Magnetträger
8 verbunden ist. Der Magnetträger 8, etwa eine Rahmenkonstruktion aus Leichtmetall,
wie. in Fig. 7 teilweise angedeutet, ist in der vertikalen Längsmittelebene E des
Nagnetschwebefahrzeuges 1 mit einem Lager 9 eines Chassis 10 verbunden. Gegen dieses
Chassis ist der Magnetträger 8 über eine weitere Federung 11 abgestützt.
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Das Chassis seinerseits ist gegen den Boden 12 des eigentlichen Wagenkastens
des Magnetschwebefahrzeuges ebenfalls durch eine Federung 43 abgestützt. Die bisher
genannten Federungen 7, 11 und 13 können mechanische Federungen sein oder auch,wie
bei 14 angedeutet, aktive, insbesondere magnetische Federungen, oder es können magnetische
Federungen allein verwendet werden. Mit der angegebenen Konstruktion des I=lagnetschwebefahrzeuges
ist es möglich, die Bewegungen des Wagenkastens von denen der magnete des Magnetträgers
und des Chassis vollständig zu entkoppeln, so daß der Fahrkomfort dieses derart
ausgebildeten agnetschwebefahrzeuges sehr hoch ist.
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Zum Antrieb des Magnetschwebefahrzeuges ist ein Linearmotor 15 vorgesehen,
der mit einer Reaktionsschiene 16 in Wirkverbindung steht. Der Linearmotor ist mit
dem Chassis lO des Magnetschwebefahrzeuges über eine Federung 17 verbunden, mit
der der Abstand des Linearmotors zu der Reaktionsschiene 16 geregelt werden kann.
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Die Anordnung der lwRagnete, des Magnetträgers und des Linearmotors
ist für die hier nicht gezeigte rechte Seite des magnetschwebefahrzeuges identisch.
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Durch die beschriebene Ancre'nuns und Abfederung der Trag-und Führungsmagnete
4 bzw. 5 kann der Abstand zwischen diesen und der Trasse 3 jeweils ideal eingestellt
werden. Der Abstand zwischen der Führungsschinne 31 und dem Führungsrnagne ten 5
kann über die Federung 7, derjenige zwischen der Tragschiene 32 und dem Tragmagneten
4 über die Federungen 12, 13 und 14 dem jeweiligen Sollabstand angepaßt werden.
Da die Trag- und Führungsmagnete jeweils nur eine relativ geringe Baulänge von etwa
einem Meter haben, können auf diese Weise auch verhältnismäßig enge Kurvenradien
mit sehr niedrigem Sollabstand durchfahren werden.
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Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Aufteilung der Magnetträger 8 in
eine iinke und eine rechte Gruppe ist es möglich, den Magnetträger, wie in Fig.
3 gezeigt und mit der Bezugsziffer 8' bezeichnet, einstückig auszuführen. Um hierbei
jedoch eine ideale Regelung auch des Abstandes zwischen den Tragschienen 32 und
den Tragmagneten 4 zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die Tragmagneten durch eine
eigene Federung 18 auf dem Magnetträger 8 zu stützen, wie dies in Fig. 5 gezeigt
ist. Selbstverständlich ist bei starr angeordneten Tragmagneten eine federnde Abstützung
des Magnetträgers in dessen Mitte ebenfalls möglich.
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Auch bei Kurvenüberhöhungen der Trassen kann so mit einem einstückig
ausgeführten Magnetträger der ideale Soll abstand zwischen Tragschienen und Tragmagneten
eingehalten werden.
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Bei einer Unterteilung der ilagnetträger, die selbstverständlich auch
außerhalb der vertikalen Längsmittelebene des Magnetschwebefahrzeuges gelagert werden
können, wie in Fig. 4 durch E' angedeutet, wird für die Anordnung und Abfederung
der Magnete eine einfache Konstruktion erreicht, wenn die Tragmagnete starr mit
dem gegenüber dem Chassis abgefederten Magnetträger und die Führungsmagnete über
eine Federung 20 mit dem Magnetträger verbunden sind.
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Eine noch glattere Kurvenführung der Magnete, insbesondere bei der
Kurveneinleitung, aber auch bei engen Bahnradien, kann man, wie in den Fig. 6 und
7 dargestellt, dadurch erreichen, daß die Trag- und Führungsmagnete jeweils um eine
zur Fahrtrichtung senkrechte Achse schwenkbar gelagert sind.
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Hierbei sind jeweils zwei Tragmagnete 4 und Führungsmagnete 5 wiederum
auf einem gemeinsamen Zwischenträger 6 angeordnet, der gegen den Magnetträger 8
durch eine Federung 7 abgestützt ist. Der Zwischenträger weist ein mittig angeordnetes
Lager 30 auf, das ein entsprechendes Widerlager 31, an dem die Magnete befestigt
sind, aufnimmt. Die Lager 30 und 31 sind mit einem Steckbolzen 32 verbunden. Die
Magnete sind im Bereich ihrer Enden durch Federungen 33 gegenüber dem Zwischenträger
6 abgestützt. Der Kurvenverlauf der Schienen wird damit von den Führungsmagneten
durch einen Polygonzug angenähert. Auch bei den Tragmagneten, die auf die gleiche
Weise auf dem Zwischenträger befestigt sind, ist eine sehr gute Nachführung gegenüber
den Tragschienen möglich.
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Wenn sämtliche Magnete auf dem Magnetträger unabhängig voneinander
federnd abgestützt sind, so können diese, wie in
Fig. 8 dargestellt,
auf einem einzigen Magnetträger angeordnet sein, der sich in diesem Fall über die
gesamte Länge des Magnetschwebefahrzeuges erstreckt.
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Mit einer Anordnung der Magnete gemäß der Erfindung können sehr geringe
Abstände zwischen den Magneten und den zugehörigen Schienen bei gleichzeitig hohem
Fahrkomfort erreicht werden.
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Patentansprüche: