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"Magnetanordnung für Trag-, Führ- und Vortriebsbildung bei
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Magnet-Schwebefahrzeugen"
Magnetanordnung für Trag-,
Führ- und Vortriebsbildung bei Magnet-Schwebefahrzeugen 1. Bedeutung der Magnetanordnung
für Magnet-Schwebefahrzeuge Die Wahl der Magnetanordnung für Tragen, Führen und
Vortriebsbildung bestimmt in besonders markanter Weise Form und Eigenschaften eines
Magnet-Schwebefahrzeuges. Hierbei darf davon ausgegangen werden, daß eine Kombination
von Trag- und Antriebsfunktion sich als sehr vorteilhaft erweist und für Fahrzeuge
aller Aufgabenstellungen, d.h. für deren Anwendung im regionalen wie auch im Fernverkehr
zu empfehlen ist.
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Damit sind die zur Tragkraft- und Vortriebsbildung verwendeten Magnete
identisch, so daß außer diesen zusätzlich noch die Führmagnete benötigt werden.
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Liegen die im Dauerbetrieb auftretenden Verluste der Magnete niedrig
genug, so kann auf eine forcierte Kühlung und damit die Anwendung von Gebläsen verzichtet
werden Weiter erscheint zur Erzielung eines geräuscharmen Fahrzeuges und zur Erleichterung
der Bordstromversorgung der verlustarme Magnet ein wichtiges Entwurfsziel.
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Außer einer niedrigen mittleren Verlustleistung ist die Begrenzung
der Maximalleistung der verwendeten Magnetwicklungen ein wichtiges Anliegen.
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Diese Leistung setzt sich zusammen aus der beim größten Spalt statisch
benötigten Verlustleistung und dem Leistungsanteil der durch den dynamisch geforderten
Kraftanstieg entsteht. Die Maximalleistung entspricht der Typenleistung des den
Wicklungsstrom beeinflussenden elektronischen Stellorgans.
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Permanentmagnete lassen sich bei geeigneter Formgebung und Heranziehung
von Weicheisen zur Flußführung dazu verwenden, den für den stationären Schwebezustand
benötigten Magnetfluß bereitzustellen. Die Wicklungsdurchflutung erzeugt nur die
bei dynamischen Vorgängen benötigten Flußkomponenten, sie vergrößert bzw. verkleinert
damit den Fluß der Permanentmagnete. Notwendig ist, daß durch entsprechende Formgebung
der magnetische Widerstand für den durch die Wicklung erzeugten magnetischen Fluß
klein gehalten wird.
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Während für die kombinierten Trag- und Antriebsmagnete eine alternierende
Polfolge (Wechselpolanordnung) erforderlich ist, empfiehlt sich für die Führmagnete
eine Querflußform (transversale Flußanordnung). Damit ist normalerweise als Material
für die flußführende Schiene massives Eisen verwendbar, ohne daß unvertretbar hohe
Wirbelstromverluste entstehen.
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Linke und rechte Fahrzeugseite sind jeweils mit den kombinierten Tragen,
Antriebs- und den Führmagneten bestückt. Die Magnete sind über einen Führ-und Federmechanismus
mit dem Schwebegestell verbunden. Das gesamte Schwebegestell ist seinerseits über
das Sekundärfedersystem vertikal und lateral elastisch an die Fahrzeugzelle gekoppelt.
Die Einzel federung der Magnete läßt eine verhältnismäßig einfache und im Hinblick
auf die bestehenden sechs Freiheitsgrade der Schwebegestellbewegung entkoppelte
Regelung zu. Der Preis für die regelungstechnischen Vereinfachungen wird durch den
Einbezug der mechanischen Komponenten (Federn und Führungen) erbracht.
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Hierdurch entstehen zusätzliche Gewichtsanteile.
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Die Magnetauslegung und die Anordnung der Magnete im Schwebegestell
sind für die erzielbaren Fahrzeuggewichte je Meter Länge von ausschlaggebender Bedeutung.
Außer durch die gewählte Bauform sowie die Art der Flußerzeugung (durch Permanentmagnete
oder rein elektrisch) spielt die Größe des Luftspaltes hierfür eine wichtige Rolle.
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Die Magnetauslegung unter Einbezug von Permanentmagneten kennt zusätzlich
auch die Frage nach dem Gewichtsanteil des verwendeten Dauermagnetmaterials. Dieser
Gewichtsanteil soll insbesondere bei Verwendung von verhältnisinäbig teuerem Selten-Erden-Kobalt-Material
gering sein. Im nachfolgenden Abschnitt wird eine besondere Formgebung von geregelten
Permanentmagneten beschrieben, die zu vergleichsweise sehr niedrigen Gewichten führt.
Die vorgeschlagene Lösung empfiehlt sich für die Konstruktion kombinierter Trag-
und Antriebsmagnte, läßt aber darüber hinaus auch eine sehr sinnvolle Kombination
mit dem Führmagneten zu. Daraus folgt ein Vorschlag für eine sehr günstige Anordnung
der Magnete im Schwebegestell.
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Diese läßt sowohl eine Einzelmagnetregelung als auch den Verzicht
auf eine besondere Einzelmagnetfederung zu. Darüber hinaus wird die Aufbringung
der Führkräfte auf eine Fahrzeugseite (eine Teilspur) verlegt, so daß das Schwebegestell
nicht für die Aufnahme der beim beidseitigen
Führvorgang entstehenden
Querkräfte und die damit verbundenen Biegemomente bemessen zu werden braucht.
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2. Transversale Flußführung bei Wechselpolmagneten für kombinierte
Trag-und Vortriebskräfte Eine günstige Magnetanordnung führt auf einen geringen
Gewichtsanteil für die Permanentmagnete. Als besonders erfolgversprechend erweisen
sich Anordnungen mit geringem Streuflußanteil; d.h. der Anteil der nicht in den
Stator eintretenden magnetischen Flußkomponente ist gering. Wechselpol-Tragmagnete
werden mit mehreren Polen zu Magneteinheiten mit einer Länge von etwa 1-2 m konzipiert.
Sie werden als mechanische Einheiten getrennt im Schwebegestell befestigt. Bei geregelten
Magneten besitzt jede Magneteinheit eine autonome Regelung. Die Wicklung des Magneten
soll verlustarm, dabei aber auch raumsparend sein. Auch der magnetische Streufluß
der Wicklung soll klein sein.
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Bild 1 zeigt-einen Wechselpolmagneten, wobei die Stirnseite den Schnitt
durch die Anordnung darstellt. Die Permanentmagnete führen den magnetischen Fluß
in einer Ebene quer (transversal) zur Polebene. Die Pole werden durch Weicheisenteile
gebildet. Sie nehmen den magnetischen Fluß der Permanentmagnete über die volle Länge
einer Feldwelle (doppelte Polteilung) auf. Entsprechend der örtlich unterschiedlichen
Flußmenge, die durch den Querschnitt der Weicheisenteile tritt, werden aus Gründen
der Gewichtsbeschränkung verschieden große Querschnitte angewendet. Wie Bild 1 zeigt,
empfiehlt es sich, zwei Magnetreihen mit in Längsrichtung durchlaufender Anordnung
zu wählen, wenn der Stator verhältnismäßig breit ist. Es entstehen dann zwei getrennte
Kreise des magnetischen Flusses (a und b). Die durchlaufende Magnetanordnung bedeutet
eine Verringerung der Streuflußanteile im Vergleich zu Anordnungen mit gestückelten
Magneten und Flubführung longitudinal. Auch die Doppelreihe der Magnete bewirkt
i.a. eine Beschränkung des Streuflusses.
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Die für stell- oder regelbare Magnete notwendige Wicklung verstärkt
oder schwächt den magnetischen Fluß der Permanentmagnete, wenn die Wicklung Strom
in der einen oder anderen Richtung führt. Bild 1 ist zu entnehmen,
daß
der in den Stator eintretende Fluß (strichpunktierte Linie) je einen Strang der
Wicklung umschließt. Der Strom der beiden Wicklungsstränge ist gegenläufig, d.h.
die beiden Stränge können als Teil einer Spule angesehen werden. Diese Spule führt
über die gesamte Länge der Magneteinheit.
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Ihre Form kann so gewählt werden, daß dort, wo sie von zwei Pol flanken
umschlossen wird, sich die beiden Wicklungsquerschnitte berühren, um somit eine
günstige Ausnutzung des Querschnittes zu erreichen.
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Bild 2 zeigt den Schnitt durch zwei umschließende Weicheisenpole und
den voll ausgenutzten Wicklungsquerschnitt.
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Für sehr schmale Statoranordnungen führt die Magnetform mit Doppel
reihe der Permanentmagnete auf verhältnismäßig kleine Magnethöhen. Hierdurch nimmt
auch der an den unteren Enden der Anordnung sich schließende Streufluß einen größeren
Anteil am Gesamtfluß ein. Um dies zu verhindern, kann sich in extremen Fällen eine
Anordnung mit nur einer Magnetreihe empfehlen.
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Eine solche Magnetform ist in Bild 3 skizziert. Die Rückführung der
Erregerströme erfolgt hierbei außerhalb der Weicheisenpolansätze.
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Magnetentwürfe mit streuungsarmer Flußführung quer zur Bewegungsrichtung
erlauben bei gegebenem Luftspalt die Ausführung verhältnismäßig kleiner Pol teilungen
bei noch niedrigem Magnetgewicht. Hierdurch entsteht die Möglichkeit, Statorentwürfe
mit wenig Eisen (kleine Jochhöhe) zu realisieren, so daß der aktive Teil des Fahrweges
mit begrenzten Kosten ausführbar wird.
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3. Kombinationsmöglichkeiten beim Trag-Antriebsmagnet 3.1 Erzeugung
von gewichtsvergrößernden (vertikalen) Kräften Die Hauptaufgabe der kombinierten
Magnete kann mit Blick auf das Betriebsverhalten des Antriebes (Verluste, Leistungsfaktor)
bei einem leichten Fahrzeug evtl. am besten dadurch erfüllt werden, daß durch magnetische
Zusatzkräfte der die Vortriebsbildung bewirkende magnetische Fluß (künstlich) vergrößert
wird. Hierdurch kann der Strom je Nut der Statorwicklung im Vergleich zu einer Magnetanordnung
ohne magnetischen Zug nach unten kleiner gewählt werden.
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Bild 4 stellt eine Magnetanordnung mit nach oben und unten wirkenden
Kräften dar. Durch die Wahl der Spalte und der Polflächen ergibt sich eine entsprechende
Aufteilung der oben bzw. unten wirkenden Flußanteile ( 0, { ) und damit der Kräfte.
Nach unten wirkende Zusatzkräfte erfordern längere Permanentmagnete Vorteilhaft
ist jedoch, daß der unten eintretende Fluß çu der die weichmagnetische Schiene S
durchsetzt, über die gesamte Magnetlänge seine Richtung behält und damit für die
Schiene keine Wechselmagnetisierung hervorruft. Die Schiene kann somit aus massivem
Weicheisen bestehen. Bei gesteuerten oder über Spaltmessung geregelten Magneten
kann mit Hilfe der stromführenden Wicklung die Flußaufteilung zusätzlich beeinflußt
werden. Der elektrisch gesteuerte Fluß vermag etwa bei Fahrzeugen mit großem Nutzlastanteil
für eine möglichst vollständige Gewichtskompensation sorgen. Der geregelte Magnet
übernimmt diese Aufgabe i.a. ohne Anwendung mechanischer Elemente zur Einhaltung
des Luftspaltes.
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3.2 Erzeugung von zusätzlichen Führkräften Es erweist sich für die
Auslegung der Magnete und deren Regelung, die Bemessung des Schwebegestells sowie
für die Toleranzvorgabe des Fahrweges als vorteilhaft, die Führfunktion auf einer
Seite des Fahrzeuges vorzunehmen. Bild 5 zeigt einen kombinierten Trag-, Führ- und
Vortriebsmagneten.
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Dabei ist die C-förmige Schiene wieder wie unter 3.1 als massive Weicheisen-Schiene
ausführbar, da die Flubkomponenten, die in diese Schiene
eindringen,
keine Wechselmagnetisierung hervorrufen. Der obere Bereich des Magneten ist wie
im Bild 1 gestaltet, während unten die Führanordnung mit einer eigenen, aus zwei
Spulen bestehenden Wicklung B hinzukommt(Bd.6).Ähnlich wie die Tragkraftwicklung
A kann die Wicklung B Strom in beiden Richtungen (sowie den Strom Null) führen.
Ähnlich wie bei 3.1 erzeugen die P-Magnete einen bestimmten Grundflub m Ms der die
C-förmige Führschiene durchsetzt.
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Bei gleichem Spalt auf beiden Seiten heben sich die hierdurch erzeugten
Kräfte gegenseitig auf. Bei ungleichen Spalten können über den stellbaren Strom
der Wicklung B Zusatzflüsse § B1 und ç B2 erzeugt werden, ist die den Fluß im linken
und rechten Führspalt verändern. Gezeichnet ist eine Schwächung des Grundflusses
rechts und eine Verstärkung links. Entsprechend würde eine Kraftwirkung nach links
entstehen. Die entgegengesetzte Stromrichtung in B hätte die entgegengesetzte Kraftrichtung
zur Folge. Auch für die Erzeugung der Führkräfte gilt damit die im Hinblick auf
die dynamischen Eigenschaften des Magneten günstige Oberlagerung von Flußkomponenten
des (ungeregelten) P-Magneten und der vom Regler ausgesteuerten Wicklung. Es erscheint
möglich, daß bei langen Schwebegestellen nur an deren Enden die Magnete mit der
kombinierten Führeinrichtung versehen sind, während im Mittelbereich die Magnete
nur Trag- und Vortriebskräfte erzeugen.
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Bild 7 zeigt einen gewichtssparenden Entwurf eines kombinierten Magneten
mit Stator und Führschiene. Durch die Querschnittsbemessung der Führschiene, etwa
durch Uffnungen im unteren Querteil, kann erreicht werden, daß ç B2 nicht wesentlich
größer als Bl ist. Dies trägt einer günstigeren Kraftwirkung abhängig vom Strom
der Wicklung B Rechnung.
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Zwischen den Funktionen Trag- und Seitenkraftbildung bestehen nur
sehr geringe Kopplungen, d.h. durch Aussteuerung der Spule A entsteht in den Führspalten
kaum eine Flußänderung und umgekehrt bewirkt ein Strom in der Wicklung B praktisch
keine Tragkraftbeeinflussung.
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Magnete mit kombinierten Funktionen lassen sich unter diesen Voraussetzungen
mit besseren Materialausnutzungen, d.h. leichter, bauen als Magnete mit unabhängigen,
voneinander getrennten Funktionen.
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4. Anwendung im Schwebegestell Autonome Regelung von Einzelmagneten,
Vermeidung mechanischer Führ- und Federelemente sowie kleine mechanische Beanspruchung
der Verbindungselemente des Schwebegestells sind Ziele für die Konzeption der Magnetanordnung.
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Die genannten Forderungen sind bei einseitiger Führschiene und kombinierten
Trag-, Führ- und Vortriebsmagneten auf einer sowie Trag-Vortriebsmagneten auf der
anderen Fahrzeugseite weitgehend erfüllbar. In Bild 8 ist ein Schnitt durch ein
Schwebegestell mit Fahrbalken schematisch gezeichnet. Zwischen linker und rechter
Fahrzeugseite treten durch die horizontalen Magnetkräfte keine Beanspruchungen im
Schwebegestell auf. Seitliche Fahrbahntoleranzen brauchen für die Führung des Fahrzeuges
und die Konstruktion des Schwebegestells kaum mehr berücksichtigt zu werden.
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Die Kopplungen zwischen den Bewegungen nach den verschiedenen Freiheitsgraden
sind für die Regelung des Schwebegestells weitgehend entschärft.
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Die beschriebene Bauform der Magnete ermöglicht sowohl sehr niedrige
Magnetmassen als auch die gewichtsparende Ausführung des Schwebegestells.
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Zusätzlich zeichnen sich geregelte Permanentmagnete durch sehr geringe
Zeitkonstanten aus; sie sind also sehr schnell regelbar. Daraus folgt, daß auch
ohne Anwendung der Einzelmagnet-Federung und damit bei einem mechanisch einfacheren
und leichteren Schwebegestell eine sehr günstige Schwebecharakteristik erzielt wird.
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Bild 9 zeigt schematisch ein Schwebegestell mit Trag- und Führkraftvektoren
entsprechend einer möglichen Unterteilung in regelungstechnische Einheiten. Bei
einer beidseitigen Unterteilung in mehrere Einzelmagnete ist das mittlere Verbindungsteil
torsionsweich auszuführen.
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Die Konzeption des Schwebegestells mit einseitiger Seitenführung erweist
sich über die beschriebenen Vorteile hinaus als günstig für die Weicheisenkonstruktion.
Mit Hilfe einer seitlich beweglichen Führschiene läßt sich die Führfunktion im Weichenbereich
sicherstellen.
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Die Bereitstellung der zur Anfahrt und für die Bremsung erforderlichen
besonders hohen Kräfte bedingt in der Regel große Ströme in der Statorwicklung.
Bei langen Wicklungsabschnitten können diese zu größeren (ohmschen und induktiven)
Spannungsabfällen und zu einer beträchtlichen Vergrößerung der Wechselrichterleistung
beitragen. Eine weitgehende Kürzung der Länge der Wicklungsabschnitte ist wegen
der Zunahme der Zahl und des Aufwandes an Schaltern nicht erwünscht. Eine Verringerung
des Stroms im Anfahrbereich (und beim Bremsen) ohne Vergrößerung der Windungszahl
des Stators und ohne Verringerung der Beschleunigung (bzw. Verzögerung) erscheint
die zur Erreichung günstigerer Betriebs- und Bemessungsdaten notwendige Voraussetzung.
Die Verringerung des Wicklungsstromes bedeutet eine Vergrößerung des magnetischen
Flusses für den Anfahr- und Bremsbereich.
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Für den mit konstanter Geschwindigkeit zu durchfahrenden Bereich erweist
sich diese Maßnahme wegen der geringeren Ströme als weniger vordringlich, sofern
von besonders hohen Geschwindigkeiten abgesehen wird.
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Um zu einer beschleunigungsfreundlichen Gestaltung von Magnetanordnung
und Stator zu kommen, empfiehlt sich die Magnetanordnung Bd. 4 mit "gewichtsvergrößender"
Magnetkraft und untenliegender Massivschiene. Hierdurch kann im Stator eine größere
Vertikalkraft und ein die Schubwirkung proportional fördernder magnetischer Fluß
aufgebracht werden. Das Gleichgewicht aller vertikalen Kräfte bleibt hierdurch erhalten.
Es ist hierbei möglich, den im Anfahrbereich größeren Fluß § O durch verstärkte
elektrische Erregung der Wicklung des Magneten oder durch einen breiteren Stator
und volle Ausnutzung der Magnetbreite, evtl. mit gleichzeitiger elektrischer Zusatzerregung,
herbeizuführen. Bei Verwendung einer Uberbreite des Stators im Beschleunigungsbereich
muß der Magnet für diese Breite bemessen werden; in Abschnitten geringerer Statorbreite
führt er entsprechend geringe magnetische Flüsse. Dort entfällt jedoch auch die
den Fluß fiu schließende Schiene unten. Wird auf eine Statorverbreiterung verzichtet,
so führt der untenliegende Rückschluß auf eine reichlichere Auslegung des Magneten
mit der Notwendigkeit,im Anfahrbereich oben größere Flußdichten führen zu können.
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Beim einseitig geführten Schwebegestell ist die Anwendung der Flubverstärkung
einseitig beim zweiseitig geführten Fahrzeug zweiseitig möglich.
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Sie ist nicht auf die Technik der völlig berührungsfreien Systeme
beschränkt, sondern kann auch bei Restkraftabstützung durch Räder eingesetzt werden.
Sofern mit stromdurchflossenen Magnetwicklungen gearbeitet wird, können diese von
konstanter Spannung des Bordnetzes versorgt werden.
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5. Kompensation vertikaler Kräfte durch Magnetkräfte-Spal tregel ung
Die verschleiß- und reibungsarme Fahrzeugbewegung läßt sich insbesondere bei einer
Kompensation der Gewichtsanteile des Fahrzeuges und bei Aufnahme der äußeren und
der dynamischen (durch Massenwirkung bedingten) Kräfte vom Magneten erreichen. Eine
teilweise Erfüllung dieser Zielsetzung ist gegeben, wenn bei Verzicht auf eine Spaltregelung,
gesteuert oder ungesteuert eine Kompensation der Vertikal kräfte des Fahrzeuges
vorgenommen wird. Hierbei werden nicht alle dynamischen und im ungesteuerten Fall
auch nicht immer alle statischen Kräfte voll erfaßt. Die zum reinen Schweben notwendigen
Bedingungen sind nicht gegeben, so daß verbleibende Restkräfte von reibungsarmen
Stützelementen, in erster Linie von Rädern, aufgenommen werden müssen.
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Der Verzicht auf solche zusätzlichenmechanischen Stützelemente setzt
offenbar eine auch gegenüber rasch wirkenden äußeren Störkräften und durch Fahrbahnstörungen
bedingten Kompensationseinflüssen gezielte und schnelle Einwirkung auf die Magnetkräfte
voraus. Eine solche dynamisch hochwertige Magnetregelung erfordert außer der stromführenden
Magnetwicklung und entsprechender Meßglieder etwa für Spalt (b) und Spaltbeschleunigung
(8) stufenlos wirkende elektronische Stellglieder ( Steller) zur Strombeeinflussung,
den Regler und die Meßglieder, wie etwa den Spaltmesser ggf. Beschleunigungsmesser
sowie eine entsprechende Bordstromversorgung (Batterie), die kurzzeitig größere
Stromspitzen zuläßt. Für mittlere und größere Geschwindigkeiten erscheint diese
Lösung als sehr erfolgversprechend, Bild 10.
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Bei kleinen Geschwindigkeiten vermag Fahrkomfort und verschleißarme
Bewegung mit geringerem Aufwand an Elektronik unter Inkaufnahme von mechanischen
Komponenten wie Rädern, sichergestellt werden. Dabei sind infolge der nun im Vergleich
zur magnetisch nichtkompensierten Radstützung kleinen ausführbaren
Raddurchmesser
und die Anwendung einer Kunststoffbeschichtung für Konstruktion und Betrieb sehr
vorteilhaft. Die Restkraftabstützung durch das Rad kann in unterschiedlicher Weise
erfolgen.
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a) Ungesteuerte Kompensation Hierbei ist keine last- oder spaltabhängige
Beeinflussung der magnetischen Kräfte vorgesehen.
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Demnach ist kein mechanisches oder elektrisches Stellglied, auch keine
stromführende Wicklung, beim Magneten erforderlich. Abgesehen von dieser Wicklung
erscheinen jedoch die Magnetformen nach Bd. 1, 2, vorteilhaft anwendbar.
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Um kleine statische Restkräfte zu erreichen, ist eine Feder zwischen
Rad und Magnet empfehlenswert (Bild 11). Die hinsichtlich der Federcharakteristik
unterschiedlichen Rückstellwirkungen FFU und FFÜ überlagern sich zur Magnetkraft
FM und dem Fahrzeuggewicht FG zu einer insgesamt stabilen Kraft-Weg-Kennlinie. Im
Arbeitspunkt, zu dem nach Auslenkungen des Spaltes der Magnet wieder zurückkehrt,
sind für oberes und unteres Führrad nur geringe Kräfte wirksam. Größere Spaltabweichungen
oder äußere Zusatzkräfte bedingen größere (vorübergehende) Radlasten. Die übergreifenden
Federkennlinien und die zweiseitige Radstützung lassen einen im wesentlichen kontinuierlichen
Eingriff des Rades und damit ein minimales Schlüpfen, d. h. einen Bewegungsunterschied
zwischen Rad und Stützschiene zu; der Abrieb ist hierdurch gering.
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b) Gesteuerte Kompensation (Störgrö!3enaufschaltung) Einflüsse, wie
etwa die schwankende Nutzlast des Fahrzeuges bewirken eine Störung des Kompensationsgrades
und erhöhen den Radabrieb. Das Gewicht kann über den Federweg,z. B. der Sekundärfedern,
zur Spaltbeeinflussung und dadurch zur Veränderung der Magnetkraft FM herangezogen
werden Hierzu sind mechanische Komponenten (Steilhebel, Lager) notwendig, die dem
Verschleiß unterliegen und Geräusche bedingen Darüber hinaus kann eine starke Spaltveränderung
nachteilig für den Fahrbetrieb sein, (Wirksamkeit von Meßsonden).
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Eine gesteuerte Gewichtskompensation mit Hilfe einer Störgrößenaufschaltung
bei konstantem Spalt ist bei Anwendung von Magneten nach den Bd. 1 2 und 3 evtl.
4 möglich. Hierbei kann auf mechanische Komponenten wie Hebelübersetzungen ganz
verzichtet werden. Der Nutzlastanteil kann über den Federweg der Sekundärfeder
die
Magnetwicklung an die Spannung des Bordnetzes legen, so daß ein den Fluß der P-Magnete
vergrößernder oder verkleinernder Strom fließt, je nachdem das Fahrzeuggewicht größer
oder kleiner als der mittlere Wert ist. Eine stufenlos stellbare Strombeeinflussung
erscheint hierbei nicht nötig - eine oder wenige Spannungsstufen sowie die Spannung
null dürften bereits ausreichend sein, zumal es auch möglich ist, z. B. jeden zweiten
Magneten mit Strom zu beschalten und damit eine zusätzliche Abstufung der kompensierten
Magnetkräfte gegeben ist. Hierbei ist angenommen, daß je Magnetgestell mehrere Magneteinheiten
mit schaltbaren Wicklungen vorhanden sind.
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Zum Unterschied von geregelten berührungsfreien Schwebegestellen ist
hier der notwendige Einsatz an Stellorganen elektronischer Art minimal. Er beschränkt
sich auf ein z. B. (feder-)wegsensierendes Auslöseorgan für die Gleichstromschalter
der Magnetwicklung. Auch die Bordnetzbelastung durch die Wicklungsströme darf als
relativ gering angesehen werden.
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Bild 12 stellt die mit einer einseitigen Stromaufschaltung bei jeweils
konstanter Bordnetzspannung einstellbaren KennlinienFM1 und EM2 im Vergleich zur
Kennlinie FM0 (ohne Wicklungsstrom) dar. Der maximalen Magnetkraft ist die größte,der
minimalen die kleinste,und der P-Magnet-Kennlinie die mittlere Nutzlast zugeordnet.
Die Zuordnung erfolgt automatisch über weg- bzw. kraftabhängige Meßglieder.
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. Integration des Lineargenerators Zur Bordstromversorgung läßt sich
bei der Anwendung von Statoren mit Nutöffnungen, deren Breite etwa der Luftspaltlänge
entspricht oder größer ist, eine Schwankung des Luftspaltfeldes zur Erzeugung einer
Wechselspannung ausnützen. Eine Wechselstromwicklung mit der Pol teilung entsprechend
einer halben Nutteilung des Stators wird in die Polfläche der Magnete eingelegt,
(P225?tl3.7). Obwohl die generatorische Wirkung der induktiven Leistungseinkoppelung
Bewegung der Magnete gegenüber dem genuteten Stator voraussetzt, ist das Verfahren
doch geeignet, den Bordstrombedarf zu decken, wenn zusätzlich eine Pufferbatterie
verwendet wird. Letztere übernimmt dann die Strombereitstellung bei kleinen Geschwindigkeiten
und ggf. im Stillstand. Bei hohen Geschwindigkeiten vermag bei entsprechender Auslegung
der Wicklung der Lineargenerator den Borstrom und den Ladestrom für die Pufferbatterie
zu liefern.
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Da dieses Verfahren nicht an die Existenz alternierender Pole, wie
bei den kombinierten Trag-Vortriebsmagneten gebunden ist, läßt es sich z.B. auch
beim Magnet mit Massivschiene nach Bd. 4 unten anwenden, wenn dort nutenförmige
Uffnungen in der Massivschiene und beim Magnet eine Wechsel stromwicklung vorgesehen
werden. Eine solche zusätzliche Bestückung des Magneten mit einem unten angeordneten
Lineargenerator könnte zur Verstärkung der Bordnetzleistung bei kleineren Geschwindigkeiten
erwünscht sein.
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7. Bemerkungen zum Aufbau und der Herstellung der Magneten Die bei
unterbrechungsloser Anordnung der Permanentmagnete erreichbare Reduktion der Streuflüsse
bewirkt eine massearme Magnetkonstruktion für ungeregelte und über eine zusätzliche
Wicklung stell- oder regelbare Magnete. Geringe Gewichte setzen eine gute Nutzung
der magnetischen Eigenschaften weichmagnetischer Werkstoffe wie Eisen voraus. Dies
wiederum bedeutet, daß Weicheisenteile mit der etwa aus Bd. 1 ersichtlichen Formgebung
herzustellen sind. Im Falle ungeregelter Magnete z.B. etwa bei Stromaufschaltung
zur Nutzlastkompensation können diese Pol teile aus Gußeisen hergestellt oder durch
andere technologische Verfahren der Formgebung von
massivem Eisen
erarbeitet werden, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die Nutungsoberwellen des
Stators nach Amplitude und Frequenz gering sind.
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Um für geregelte Magnete die bei raschen Flußänderungen auftretenden
Wirbel ströme im massiven Eisen zu unterdrücken und hierdurch ein Minimum an elektrischem
Strom in der Steuerwicklung zu erreichen,ist weichmagnetisches Material mit geringer
elektrischer Leitfähigkeit erforderlich.
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Eine Blechung des Eisens, die i.a. die gleiche Wirkung erzielt, ist
wegen der Flußfuhrung in mehreren Richtungen kaum durchführbar.
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Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten bietet sich die Anwendung von
Preßteilen aus Eisenpulver geringer Korngröße an. Durch Zusatz von Klebemittel und
Erhitzung während des Preßvorganges können ausreichende mechanische Festigkeiten
erzielt werden. Auch die wesentlich vom Preßdruck abhängigen magnetischen Eigenschaften
(Permeabilität) sind ausreichend; sie sind in allen Richtungen gleich. Die hierdurch
einfach herstellbaren wirbelstromarmen Preßteile erfüllen sowohl die elektrischen
wie auch die magnetischen Anwendungskriterien sehr gut. Um in Störfällen auch einer
Berührung mit Stator bzw. Schiene gewachsen zu sein, kann dem Magnet ein metallisches
Mittelteil hoher Festigkeit eingebaut werden. Die Mittelebene des Magneten ist hinsichtlich
Flußänderungen wenig empfindlich ( Bd. 1 u. 2). In einem einige mm dicken (metallisch-en)
Mittelteil entstehen auch bei Flußänderungen nur geringe Wirbelströme. Dieses metallische
Mittelteil kann- um seine Schutzfunktion gegenüber den Preßteilen aus Eisenpulver
wahrnehmen zu können- bezogen auf die Polfläche geringfügig (1 -: 2 mm) überstehen.
Als Material empfiehlt sich im Blick auf die Nutungsoberwellen des Stators dünn
lamellierter Stahl, der durch Querverbindungen eine ausreichende Steifigkeit besitzt.
Es liegt nahe, dieses Mittelteil als zentrales Bauteil zur Befestigung der Weicheisen-Preßteile
zu verwenden. Weiter ist es zweckmäßig, das als Stoßelement ausgebildete Mittelteil
direkt mit den Befestigungselementen des Magneten zu verbinden.
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Um den wirklichen magnetisch effektiven Spalt zum Stator zu bestimmen,
erscheint die Anordnung der Spaltsensoren im Pol bereich des Magneten notwendig.
Da mehrere Pole zu einer Magneteinheit gehören, ist eine Mittelwertbildung über
mehrere bzw. über die Pole empfehlenswert. Dies läßt sich
erreichen,
indem bei Verwendung einer Spaltsonde deren Abmessung alle Pole (in ihrer Länge)
überdeckt und somit das Meßsignal automatisch dem Mittelwert entspricht. Möglich
ist auch eine Spalterfassung an mehreren Stellen durch einzelne Sensoren und eine
Mittelwertbildung auf dem Wege der elektronischen Signalverarbeitung. In beiden
Fällen sollte die Spalterfassung so vorgenommen werden, daß durch den Einbau des
Meßgliedes keine nennenswerte Verkleinerung des Spaltes erfolgt.