DE1206010B - Anordnung fuer ein Zugsystem - Google Patents

Description

• Anordnung für ein Zugsystem Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Zugsystem, in dem die Bewegungskraft für ein Fahrzeug von einer linearen Motorantriebsvorrichtung geliefert wird und diese auch zur regenerativen Bremsung bzw. Motorbremsung dient.
• Das regenerative Bremsen von rotierenden Induktionsmotoren, ebenso wie auch die Speisung von elektromagnetisch oder mechanisch wirkenden Zusatzbremsen durch die beim elektrodynamischen Bremsen erzeugte elektrische Energie der Fahrmotoren ist an sich bekannt. Es ist auch eine Bremseinrichtung für schnellaufende Schienenfahrzeuge bekannt, bei der Elektromagnete mit in der Fahrtrichtung wechselnder Polfolge in einer darunterliegenden Bremsschiene Wirbelströme erzeugen.
• Weiterhin ist eine als »Linernotor« bezeichnete Gleisbremse bekannt, bei der jedoch diese Bezeichnung nicht gerechtfertigt ist, da dieses System lediglich eine Weiterentwicklung des elektromagnetischen Bremsens darstellt; denn hierbei geht der Strom durch die Räder eines Fahrzeuges hindurch, wobei Teile der Radsätze so angeordnet sind, daß sie zur Erzeugung von bremsenden Kräften an den Rädern bzw. zur Erzeugung von Bremskräften durch ein besonderes elektromagnetisches Feld hindurchgehen.
• Demgegenüber läuft bei einem Zugsystem mit einer linearen Motorantriebsvorrichtung, wie sie bei der Anordnung nach der Erfindung verwendet wird, ein Fahrzeug, das eines der Fahrzeuge des Zugsystems sein kann, auf einem Schienenstrang bzw. einem Gleis, wobei das Fahrzeug oder das Gleis mit einer elektromagnetischen Einrichtung zur Erzeugung eines sich in der Bewegungsrichtung fortschreitend bewegenden magnetischen Feldes versehen ist. Das Gleis oder das Fahrzeug weist eine mit dieser Einrichtung zusammenwirkende entsprechende Vorrichtung, z. B. eine elektrisch leitende Schiene oder andere elek-tromagnetische Mittel, auf, um die Bewegung des Fahrzeuges entlang dem Gleis zu verursachen. Das Fahrzeug bewegt sich dabei im Gleichlauf mit dem Feld. Die einfachste Anordnung für ein Gleis von wesentlicher Länge ist die, bei der das Gleis eine durchgehende leitende Schiene aufweist, weil hierbei auf dem Fahrzeug nur eine Einrichtung zur Erzeugung eines kleinen Bewegungsfeldes notwendig ist. Außerdem können hierbei verschiedene Fahrzeuge unabhängig voneinander auf demselben Gleis gefahren bzw. gesteuert werden. Die leitende Schiene bildet dabei den Anker eines linearen Motors, dessen von dem Fahrzeug getragener Stator eine Vielzahl von mit mehrphasigem Wechselstrom gespeisten Wicklungen aufweist. Bei einem solchen Zugsystem bestehen jedoch hinsichtlich des Bremsens des Fahrzeuges Schwierigkeiten, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden sollen. Zur Lösung der Aufgabe macht die Erfindung von der bei Induktionsmotoren bekannten Möglichkeit der sogenannten Motorbremsung Gebrauch.
• So werden zur Veränderung der Geschwindigkeit eines linearen Motors Abzweigungen an den Wicklunün des Stators angeordnet, die bei ihrer Betätigung eine Änderung der Polteilung ergeben. Hierbei ist, wenn die Frequenz des Speisestromes wie üblich konstant ist, die synchrone Geschwindigkeit des Motors umgekehrt proportional zu der Anzahl der Pole und daher direkt proportional zur Polteilung. Wenn gebremst werden soll, so werden die Wicklungen im Sinne einer Verringerung der Polteilung geschaltet, wodurch die Zahl der Pole erhöht und die synchrone Geschwindigkeit des Motors verringert wird. Es ergibt sich dann eine übergeschwindigkeit des Fahrzeuges, so daß der Motor nun von dem Fahrzeug angetrieben wird und als Generator wirkt, dessen erzeugte Energie z.B. in die Antriebsmittel zurückgeleitet werden kann, um eine Bremskraft auf den Motor und damit auf das Fahrzeug auszuüben. Diese Energie kann auch den beim Bremsen zusätzlich in den Motorstromkreis eingeschalteten Mitteln zugeführt werden. Zum Bremsen bei hoher Geschwindigkeit ist es erforderlich, die synchrone Geschwindigkeit des Motors stufenweise zu ändern. Bei der eingangs vorausgesetzen, nicht als Eifindung angesehenen Anordnung für ein Zugsystem, bei dem die Bewegungskraft für ein Fahrzeug von einer linearen Motorantriebsvorrichtung geliefert wird und diese auch zur reggenerativen Bremsung bzw. Motorbremsung dient, ist daher gemäß der Erfindung zusätzlich eine durch einen linearen Motor gebildete Vorrichtung angeordnet oder zur Anordnung vorgesehen, die durch die Rückkopplungs- bzw. Regenerativenergie der linearen Antriebsvorrichtung erregt wird und hierdurch eine zusätzliche Bremskraft für das Fahrzeug liefert. Diese zusätzliche Vorrichtung kann durch einen anderen linearen Motor gebildet sein, der vorzugsweise einen von der Motorantriebsvorrichtung getrennten Teil bildet, kann aber auch einen mit diesem gemeinsamen Teil bilden. Vorzugsweise dient der zusätzliche lineare Motor, wenn er durch eine andere als die Rückkopplungsenergie gespeist wird, auch dazu, eine umgekehrte Schubkraft auszuüben, die versucht, das Fahrzeug entgegengesetzt zu der durch die Antriebsmittel hervorgerufenen Bewegungsrichtung zu bewegen.
• Die Erfindung ist, wenn auch nicht ausschließlich, so doch in erster Linie bei einem Zugsystem anwendbar, bei dem ein Fahrzeug bei seiner Fahrt aul einem vorbereiteten Gleis durch ein Druckluftkissen unterstützt wird, so daß Räder entbehrlich sind und Reibunaskräfte stark verringert werden. Es ist bekannt, daß bei solchen Zu-Systemen sehr große Geschwindigkeiten erreichbar sind, so daß hierbei wegen Fehlens der mechanischen Berührung mit dem Gleis eine der Erfindung entsprechende Bremsanordnung, zumindest zum Bremsen bei großer Bewegungsgeschwindigkeit, von großer Bedeutung ist.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung ist nachstehend ein Beispiel einer ihr entsprechenden Anordnung, angewendet bei einem vorbereiteten Gleissystem, beschrieben; ähnliche Anordnungen kommen jedoch auch für andere Zugsysteme einschließlich solcher in Betracht, deren Fahrzeuge ständig auf Laufrädern abgestützt sind. Das im Zusammenhang mit der Erfindung beschriebene Gleissystem ist auf dem Boden vorbereitet, jedoch ist die Erfliidung auch bei Systemen anwendbar, bei denen das Gleis oder der Schienenstrang, wie bei Hängebahnen, über dem Boden angeordnet ist.
• Das Gleis ist mit zwei dicht nebeneinanderliegenden geneigten Flächen versehen, auf denen das fahrzeug in an sich bekannter Weise mittels eines verhältnismäßig dünnen Druckluftkissens abgestützt ist und die mit ihren Neigungen zugleich zur mittigen Führung des Fahrzeuges dienen. Zwischen den Stützflächen ist eine durchlaufende Ankerschiene fest angebracht, die z. B. aus einer Aluminiumlegierung 'bestehen kann und mit den Polen eines auf dem Fahrzeug angeordneten linearen Motors zusammenwirkt.
• Das Fahrzeug kann zur Speisung des linearen Motors mit einer eigenen Kraftanlage, z. B. einem Dieselaggregat, versehen sein; die Energie kann aber auch von Stromschienen od. dgl. abgenommen werden, die in dem Gleis oder an diesem entlang verlegt sind. Das Schaltwerk für den linearen Motor ist auf dem Fahrzeug angeordnet und dient bei seiner Betätigung durch einen Fahrer oder auch automatisch zur Verstellung der Polteilung für die Änderung der synchronen Geschwindigkeitseinstellung des Motors. Beim Gegenstand der Erfindung ist auf dem Fahrzeug ein zweiter linearer Motor angeordnet, der zur Erzeugung eines umgekehrten Schuhes an dem Anker dient und mit einem poländernden Schaltwerk versehen ist, das in dem Schaltwerk für den Hauptzugmotor angeordnet sein kann.
• Das Schaltsystein ist derart, daß die Polteilung des Hauptmotors zum Bremsen des fahrenden Fahrzeuges für eine geringere synchrone Geschwindigkeit eingestellt und hierdurch eine übersynchrone Geschwindigkeit des Fahrzeuges erzeugt wird. Zugleich wird der zweite Motor in den Stromkreis eingeschaltet, wobei der Hauptmotor infolge der größeren Geschwindigkeit des Fahrzeuges Energie aufnimmt und die Wicklungen des zweiten Motors erregt, um eine entgegengesetzte Schubkraft an dem Anker zu erzeugen. Die entgegengesetzte Schubkraft des zweiten Motors vergrößert die Bremskraft des Hauptmotors, die dieser infolge der bei seiner geringeren Drehzahleinstellung erfolgenden Energieaufnahme ausübt, und trägt daher zum Bremsen des Fahrzeuges bei.
• Wenn aus der Euergiequelle Strom abgezweigt werden kann, d. h., wenn die Energieeinspeisung nicht unterbrochen wird, können die Wicklungen des zweiten Motors auch noch durch Strom aus der Stromquelle erregt und die Bremskraft noch mehr vergrößert werden.
• Es ist Vorsorge getroffen, daß der Hauptmotor, wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit erreicht, die der niedrigen Synchrondrehzahl entspricht, auf die der Motor eingestellt ist, in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen jeweils auf eine noch niedrigere Synchrondrehzahl eingestellt werden kann, bis das Fahrzeu- so weit abgebremst ist, daß es durch Räder oder Kufen abgestützt werden kann. Wenn dies erreicht ist, kann zum vollständigen Abbremsen noch eine mechanische Bremsung einsetzen.
• Die Erfindung ermöglicht eine Vergrößerung der Bremskraft auch dann, wenn die Stroniversorgung ausfällt, da bei der Einstellung des Hauptmotors für Übergeschwindigkeit die dur#ch diesen- bei seinem schnelleren Lauf erzeugte Energie dem zweiten Motor zugeführt wird und dieser hierdurch eine umgekehrte Schubkraft ausübt. Es ist jedoch wesentlich, daß das Fahrzeug für den Fall, daß die Speisespannung aussetzt, eine gegenwirkende Vorrichtung oder eine gesondert angetriebene Erregermaschine aufweist, damit gewährleistet ist, daß das magnetische Feld des Hauptmotors zur Rückgewinnung von Energie stark genug bleibt.
• Die Zahl der Poleinstellungen für einen gewünschten Bereich von Polteilungsänderungen und demgemäß die maximale Anzahl von verschiedenen synchronen Geschwindigkeiten hängt von den Eigenarten der verschiedenen Systeme ab. Im allgemeinen kann gelten, daß die Zahl der erforderlichen Polein-Stellungen desto größer ist, je größer die Spitzengeschwindigkeit des Fahrzeuges ist.
• Die Polwicklungs- und Schaltungsanordnungen für die verschiedenen Systeme sollen optimalen Bedingungen entsprechen; sie können jedoch den fachkundigen Konstrukteuren überlassen bleiben und brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.
• Als Beispiel eines Systems mit Wicklungen und Schaltungen für Vier synchrone Geschwindigkeiten kann auf das Buch »Winding Alternating-current Machines« von Liwschitz-Garik, veröffentlicht durch Van Nostrand, 1950, z. B. S. 570 und 587, verwiesen werden, in dem Anordnungen zum Erreichen konstanter Energie und konstanter oder variabler Drehmomente bei einem dreiphasigen Motor mit zwei Wicklungen gezeigt sind. Typische Polkombinationen für vier Geschwindigkeiten sind 6/18/12/16. Die Kennlinien des Motors werden so gewählt, daß die gewünschte Arbeitsweise bei den verschiedenen Geschwindigkeitseinstellungen erreicht wird. Es ist zu berücksichtigen, daß bei einem Anker aus Eisenmaterial der lineare Motor so ausgebildet wird, daß die Polschuhe auf beiden Seiten des Ankers und der Anker in der Mitte zwischen beiden Gruppen angeordnet sind, damit eine ungleiche Anziehungskraft auf den Seiten des Ankers vermieden wird. Wenn der Anker aus einer Aluminiumlegierung oder einer anderen Nichteisenlegierung besteht, kann die unsymmetrische Kraft vernachlässigt werden. Für Fahrzeuge mit hohen Betriebsgeschwindigkeiten, bei denen z. B. infolge Seitenwind gewisse Schwingbewegungen auftreten, ist es daher zweckmäßig, Anker aus Nichteisenmetall zu vezwenden.
• In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem typischen Zugsystem als Beispiel dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Hauptteile der elektrischen Einrichtung eines Fahrzeuges, Fig. 2 das Fahrzeug zum Teil in Seitenansicht und zum Teil im Längsschnitt und F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 2 mit einer bevorzugten Ausführungsform des das Fahrzeug führenden Gleises.
• In F i g. 1 ist der Fahrmotor als Hauptmotor 1 bezeichnet. Dieser Motor ist durch geeignete Anordnung seiner Polwicklungen mittels der Polwechselvorrichtung 2 gewöhnlich für die Vorwärtsbewegung geschaltet und erhält gewöhnlich Strom über eine Sammelschiene 3 aus einem dreiphasigen Wechselstromnetz. Dieses kann aus einem auf dem Fahrzeug selbst angeordneten Hauptgenerator 8 (s. F i g. 2) gespeist werden; der Strom kann aber auch von parallel zum Gleis angeordneten Stromleitern abgenommen werden.
• Der Hauptmotor 1 wird beim normalen Betrieb durch die mittels der Polwechselvorrichtung 2 ermöglichten Änderungen der Poleinstellung für die Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges betrieben und kann ebenfalls mittels der Polwechselvorrichtung 2 zum Bremsen durch Motor- bzw. Regenerativbremsung eingestellt werden.
• Wenn das speisende Netz aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte oder wenn die Stromquelle durch einen auf dem Fahrzeug angeordneten Motorgenerator gebildet ist, so kann das Fahrzeug mittels eines Hilfsmotors 4 gebremst werden, der über die Polwechselvorrichtung 5 an die gemeinsame Sammelschiene angeschlossen ist.
• Vorzugsweise wird die Polwechselvorrichtung 2 durch einen Geschwindigkeitsanzeiger 6 gesteuert, der die Polwicklungen des Hauptmotors 1 beim Bremsen automatisch so schaltet, daß die für die elektrische Bremsung erforderlichen Voraussetzungen vorliegen. Der Geschwindigkeitsanzeiger 6 kann kapazitive, induktive oder andere Mittel enthalten, die mit entsprechenden, an oder neben dem Gleis angeordneten Betätigungsmitteln zusammenwirken. Er kann auch photoelektrische oder andere empfindliche Vorrichtungen aufweisen, die auf von dem Gleis gegebene oder reflektierte Signale ansprechen. Es ist auch notwendig, daß auf dem Fahrzeug eine gegenwirkende Vorrichtung oder ein Motorgenerator 7 angeordnet ist, der gewährleistet, daß das Feld des Hauptmotors im Falle des Ausfalles der Hauptstromquelle aufrechterhalten bleibt.
• Bei dem in F i g. 2 und 3 dargestellten Fahrzeug ist die Anordnung der vorgenannten Hauptteile durch Anwendung der auch in F i g. 1 verwendeten Bezugszeichen kenntlich gemacht. Im übrigen ist das Fahrzeug mit einem mittleren Passagier- und/oder Frachtraum, einer vorderen Kabine für den Fahrer und, da es sich um ein Fahrzeug handelt, das wenigstens bei der Fahrt von einem Luftkissen unterstützt wird, mit Vorrichtungen in Form von Kissen bzw. Kästen 10 versehen, denen Druckluft von Kompressoren 11, 12 zugeführt wird. Die Kompressoren werden durch Motoren 13, 14 angetrieben, die z. B. Kraftmaschinen oder Elektromotoren sein können, die von dem Hauptgenerator 8 gespeist werden können. Der Luftdruck in den Kissen 10 wirkt auf die oberen Teile des umgekehrt V-förmig gestalteten Gleises 15 ein, das die stromleitende Ankerschiene 16 trägt und dessen Seitenwände als Reaktionsflächen für die Druckluft der Stabilisierungskissen 17 dienen. Den Stabilisierungskissen kann Druckluft aus den Kompressoren 11, 12 oder aus anderen Kompressoren zugeführt werden. Die Luft strömt den Kompressoren über Einlaßkanäle 18, 19 zu.
• Da bei einem etwaigen Ausfall der Stromversorgung das Fahrzeug sofort gebremst werden muß, ist es zweckmäßig, wenn der Bremsvorgang vollkommen selbsttätig abläuft, und es kann auch zweckmäßig sein, wenn sowohl der normale Betrieb als auch das Bremsen und das Notbremsen automatisch ist. Hierfür geeignete Getriebe können für jedes System leicht entwickelt werden, ohne daß hier nähere Erläuterungen gegeben zu werden brauchen.
• Der Hilfsmotor 4 wird zur Erzeugung einer umgekehrten Schubkraft an der Ankerschiene zum Bremsen während der normalen Fahrt verwendet, wenn z. B. eine besondere Bremskraft erforderlich ist. Der Hilfsmotor wird dann von dem Hauptmotor gespeist. Wenn die Hauptstromquelle auf dem Fahrzeug angeordnet ist und der Hauptmotor Energie zur Abgabe an den Hilfsmotor wiedergewinnt, um mit diesem die Bremskraft zu erzeugen, so wird durch die zusätzliche Zuführung von Energie von dem Hauptmotor zu dem Hilfsmotor eine Bremskraft erzeugt, die zu der von dem Hauptmotor ausgeübten Bremskraft und zu der durch die regenerative Energie induzierten umgekehrten Schubkraft hinzukommt.
• Bei der Anordnung nach der Erfindung verteilt sich sowohl die Antriebs- als auch die Bremsenergie in der Ankerschiene hinter dem Fahrzeug und wird in die umgebende Atmosphäre zerstreut, ohne den Motor selbst wesentlich zu erwärmen.
• Der zweite Motor kann einen Teil des Hauptmotors bilden, auch können die Polwechselvorrichtungen kombiniert werden, wenn dies aus räumlichen oder anderen Gründen erwünscht ist. Es ist jedoch auch die Möglichkeit der Anordnung eines Hilfsmotors nicht ausgeschlossen, der beim Notbremsen überbeansprucht und dann ausgewechselt wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung für ein Zugsystem, in dem die Bewegungskraft für ein Fahrzeug von einer linearen Motorantriebsvorrichtung geliefert wird und diese auch zur regenerativen Bremsung bzw. Motorbremsung dient, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zusätzlich eine durch einen linearen Motor gebildete Vorrichtung angeordnet ist oder für die Anordnung vorgesehen ist, die durch Rückkopplungs- bzw. Regenerativenergie der linearen Antriebsvorrichtung erregt wird und hierdurch eine zusätzliche Bremskraft für das Fahrzeug liefert. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche lineare Motor, wenn er durch eine andere als die Rückkopplungsenergie gespeist wird, auch dazu dient, eine umgekehrte Schubkraft auszuüben, die versucht, das Fahrzeug entgegengesetzt zu der durch die Antriebsmittel hervorgerufenen Bewegungsrichtung zu bewegen. 3. Zugsystem mit einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug als auf einem vorbereiteten Gleis abgestütztes und geführtes Luftkissenfahrzeug ausgeb-Aldet ist. 4. Zugsystem nach Anspruch 3, bei dem das vorbereitete Gleis mit einer durchlaufenden, elektrisch leitenden Schiene versehen ist, die einen Anker für die auf dem Fahrzeug angeordnete Motorantriebsvorrichtung bildet, und das Fahrzeug durch eine an der Schiene durch die Antriebsvorrichtung erzeugteVorschubkraft auf dem Gleis entlang bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug mit einer Energie aufnehmenden Vorrichtung versehen ist, die durch die Rückkopplungs- bzw. Regenerativenergie der Antriebsvorrichtung gespeist wird, wenn das Fahrzeug die Antriebsvorrichtung zur Rückgewinnung von Energie antreibt und dabei eine zusätzliche Bremskraft für das Fahrzeug erzeugt. 5. Zugsystem nach Anspruch 3, bei dem das vorbereitete Gleis mit einer durchlaufenden, elektrisch leitenden Schiene versehen ist, die einen Anker für die auf dem Fahrzeug angeordnete Antriebsvorrichtung bildet, und das Fahrzeug durch eine an der Ankerschiene durch die Antriebsvorrichtung erzeugte Vorschubkraft auf dem Gleis entlang bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeug ein zweiter linearer Motor angeordnet ist, der bei seiner Erregung durch eine andere als die Rückkopplungs-bzw. Regenerativenergie an der Ankerschiene eine Schubkraft in der entgegengesetzten Richtung zu der durch die Antriebsvorrichtung bei der Vorwärtsbewegung -des Fahrzeuges erzeugten Schubkraft hervorruft"so daß der zweite lineare Motor zum Bremsen des Fahrzeuges bei normalen Bedingungen, aber auch zum Erregen der Rückkopplungs- bzw. Regenerativenergie und zur Erzeugung einer zusätzlichen Bremskraft für das Fahrzeug dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 767 661, 761769; deutsche Auslegeschriften Nr. 1033 240, 1073 027; VDI-Zeitschrift, Nr. 11/1962, S. 491.