DE643316C

DE643316C - Schwebebahn mit raederlosen Fahrzeugen, die an eisernen Fahrschienen mittels magnetischer Felder schwebend entlang gefuehrt werden

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Publication number: DE643316C
Application number: DEK130005D
Authority: DE
Original assignee: HERMANN KEMPER DIPL ING
Current assignee: HERMANN KEMPER DIPL ING
Priority date: 1934-08-11
Filing date: 1934-08-11
Publication date: 1937-04-05

Description

Öiblioiiieek

Bur. Ind. Eigen dom

15 MSI i337

AUSGEGEBEN AIYI
δ. APRIL 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M643316
KLASSE 20 k GRUPPE 3

K rinönj; // jv^::

Tilg der F>ehii''.iitmachinii[ über die Urteil mti; des j\itents: iii. März

3)ipl.-3ng. Hermann Kemper in Nortrup

Schwebebahn mit räderlosen Fahrzeugen, die an eisernen Fahrschienen mittels magnetischer Felder schwebend entlang geführt werden

I'au-ntiert im Deutschen Reiche vom ι I.August 1Q34 ab

Die Erfindung löst die Aufgabe, Körper mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte entgegen der Erdschwerkraft in der Schwelle zu halten. Sie bringt weiter unter Anwendung j der gefundenen Lösung die Grundlagen für (in neuartiges Verkehrsmittel, die Schwebebahn. Die Schwebebahn ist eine Schienenbahn für Menschen- und Güterbeförderung, bei der die räderlosen Fahrzeuge eisernen

ίο Schienen entlang schwebend geführt werden. Es ist schon früher versucht worden, die Aufgaben zu lösen, die eine Schwebebahn stellt. Einmal sollten bei den bisher bekannten Anordnungen dazu die abstoßenden Kräfte dienen, die zwischen einem Elektromagnet und elektrischen Leitern auftreten, wenn das Feld des Magnets Änderungen unterworfen wird und dann Ströme in den Leitern erregt. Zum anderenmal sollten, genau wie bei der Erlindung, die magnetischen Zugkräfte zwischen Elektromagneten und eisernen Schienen benutzt werden. Die zum Schweben er-Iorderliche Stromregelung sollte bei der letztgenannten bekannten Anordnung erreicht worden durch Vorrichtungen, die. beeinflußt vom Abstand zwischen Fahrzeug und Schiene, mechanisch die Stärke des die Elektromagneten durchlließcuden Stromes verändern. Es ist nicht bekanntgeworden, daß eine Verwirk-Hebung der älteren Erfindungsgedanken auch nur in Versuchen gelungen ist. geschweige denn daß eine Betörderungscinriehtung aut Grund derselben je ausgetiihn worden wäre.

Es erscheint dies auch kaum möglich. Der Lösungsversuch, durch Erzeugung magnetisch abstoßender Kräfte größere Fahrzeuge im Schweben zu erhalten, muß an dem dafür er- ■ forderlichen Aufwand scheitern; dieser ist der Natur der Dinge entsprechend um ein Mehrfaches gröber als bei Verwendung magnetisch anziehender Kräfte. Verwendet man hingegen letztere, so erscheint der Gedanke undurchführbar, eine geeignete Stromregelung durch mechanische Vorrichtungen zu erreichen, weil sich hierfür kaum praktisch brauchbare Formen entwickeln lassen dürften, die gleichzeitig eine ausreichende Regelgeschwindigkeit aufweisen. Die Beherrschung der Geschwindigkeit für die Stromregelung ist einwandfrei nur möglich unter Verwendung der erst nach dir Zeit der älteren Erfindungen zur Ausbildung gelangten Mittel der Elcktronentechnik. Körper mit elektromagnetischen Kräften schwebend aufzuhängen, ist trotz des bisherigen Standes der Technik eine in den Kreisen der Technik und der Öffentlichkeit ganz unbeachtete Aufgabe geblieben. Sie wird hier neu autgegriffen. Im vorliegenden Patent und den späteren Zusatzerfindungen werden die Mittel und Wege zu ihrer befriedigenden Lösung und fruchtbringenden Verwertung aufgezeigt.

Die Erfindung geht,, um zu einer Stromstcuerung zu kommen, die das Schweben einwandfrei ermöglicht, von Regelorgancn, Ab- 6g standssteueror^anen, eigener Art aus. Die Ab-

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star.dssteiierorgane sind mit den S ch'.ve.bewagen tost verbundene Einrichtungen: -ie wcrden nahe Λ·.-η Elektromagneten, deren Stcue-πιπ, sie dienen sullen, gegenüber den Fiihrungsschieiien angebracht. Mechanisch sind -ie unveränderlich, jedoch ändern -k'h ihn elektrischen Eigenschatu η mit der Groi.e ihres Abstandes von den Führungsschienen. Werden solche Organe in Stromkreise eiiig,.*- -ehaltet, so ändert sich deren elektrischer Zustand mit der Änderung ihrer elektrischen j Eigenschaften. Dies laut sich nun mit Hilfe der heutigen Mittel der Elektroiumechnik zu einer genügend trägheitsfreien Steuerung für die Ströme der Schwebewagenmagnete aus- > !lüden.

Die Grundform tier Schwel ei ahn wird näher j erläutert durch die Abb. ι bis J?. die eine ' eiserne Führungsschiene 2 und ein Fahrzeug 3 in ijuerschnitt .Abb. ι >, Seitenansicht ι Abb. ^ j und Draufsicht 'Abb. 31 andeuten, wobei in j der Darstellung bei der letzten Abbildung die Führungsschiene tortgelassen ist. :

In diesen Abbildungen sind Kraftlinien 1 j der Magnetfelder angegeben, die die Zug- ₍ kräne erzeugen, welche das Fahrzeug 3 der i Schwebebahn, den Schwebewagen, entgegen , der Schwerkraft in der Schwebe erhalten in j einem passenden, innerhalb gewisser zuiässi- j ger Grenzen schwankenden Abstand von der oberhalb des Wagens gelegenen Führungsschiene 2. Die Magnetfelder werden von mehreren Elektromagneten 4, 5. ό. - erzeugt, die oben an dem Fahrzeug befestigt und über seine ganze Länge gestreckt sind. Die Pole der Magnete und die fortlaufende eiserne Führungsschiene entsprechen einander in ihren Abmessungen. Eine Unterteilung der magnetischen Kräfte durch Anbringung mehrerer einzelner Elektrornagnete und deren Vertei- j lung auf verschiedenen Stellen des Schwebe- 1 wagens, wie sie in geeigneter Ausführungs- j möglichkeit in Abb. 3. 4. 5. 6. 7 angegeben : ist. ist erforderlich, um jeweils die richtige : Lage des Schwebewagens zu den Führung=- j schienen und ein einwandfreies Schweben :-".! 1 gewahrleisten. Die Stromstärken sind für die > einzelnen Elektromagnet gesondert zu regeln, j wotür später geeignete Wege aufgezeigt werden.

Infolge der schwebenden Aufhängung benötigen die Sehu ebew-agen zur Fortbewegung keine Kader. Es entfallt jede körperliche Iieruhrung zwischen dem Schwebewagen und fl.-ii Fülirungssci'ieiH η. D-x Fahrwiderstand ' der Füllenden Reibung, der bei der Eisen- , balm hin-idulieh Fahrschicnenabnut/ung und ; Energieverbrauch eine erhebliche Rolle spk-it. tallt hier fort. Statt dessen ertordert bei d<-r : ^fio Schwebebahn der Sehwehevorgang elektrisch*. ' E'.e'gk; der Verbrauch hierfür i.-t .[Ih r in- | besondere für hohe Fahrgeschwindigkeit-, η be-' deutend geringer als unter gk-ieheii Uediiigungen der Energieverbraucli der Eisenb.ihn tür ciio ί'berwindung der rollenden Reihung. Aus dieser Sachlage und den I e.-i>nderen andr- : η Grundei-i · schallen (kr Srliv. ci'eb.iii!' <r-.„''■■en sieh Ioigelid'' \\ ■ ■-< ^I, t- In- LecluiiM-hr Fortschritte:

a) Die I'ahrt auf der .Srlnveliebahn kann voilkninmeii geraubt lilos und stoi.itrei gi^i.ihet werden.

b Die Fahrwiderstände verringern ?ich für hohe Fahrgeschwindigkeiten.

ei Die Abnutzung der Schienen durch das Befahren fällt fort.

d Es sind Fahrgeschwindigkeiten errcichlcii". die mehrfach so hoch sind als die, welche m:in bei den Eisenbahnen heute kennt.

Abb. 4 und 5 geben Beispiele tür die Ab· Standssteuerorgane. Abb. 4 deutet ein Abstandssteuerorgan an, dessen Kapazität vom Abstand zwischen Schwebewagen 3 und Führungsschiene 2 abhängt. Es besteht aus zwei isoliert am Schwebewagen befestigten Platten •^s. u mit Stromzufuhrungskitungeii. Ersieht- 'AAi schließt sich ein dielektrischer Verschiebungsstroin zwischen den Platten bei geeigneter Formgebung in der Hauptsache über das Metali der Schiene 2. Die Platten bilden 9» «•.'sei einen Kondensator, dessen Kapazität mit geringer werdendem Abstand, zwischen Schwebewagei) und Schiene wachst, umgekehrt sich mindert. In AbIi. 5 ist das Abstandssteuerorgan ein kleinerer, am Schwebewagen 3 befestigter Elektromagnet, bei dem sich die seinen Kern 10 durchsetzenden Kraftlinien in erster Linie über das Eisen der Schiene 2 schließen. Wird solch ein Elektromagnet mit seiner Wicklung 11 in einen Stromkreis geschaltet, so stellt er offenbar darin vine Induktivität dar, deren Größe mit Anr.äherung des Sehwebewagens an die 'Führungsschiene wuchst, mit Entfernung sich jedoch mindert. ¹⁰S

Abb. ö zeigt nun den grundsätzlichen Sehaltimgsaufbau für die Regelung der Stromstärke in einem der Elektromagnete. beispielsweise 4. Es i-,t als Abstandssteuerorgan 15 an einen Kondensator nach Abb. 4 gedacht. Dieser Kondensator ist mit einem Widerstand 14 in Reihe an eine konstante Wechselspannung i< > hoher Frequenz gelegt. I'cr Spannungsabfall am Widerstand 14 steigt nun mit Annäherung des Sehwebewagens an die Schiene und ¹¹S tälh mit sich vergrößernder EMteniung. Die Spannung an dem Widerstand 14 wird durch • ■ine mit bekannten Mitteln der Elektroiientechnik aufzubauende Verstärker- und Glcichrichteranordming 13 \ei>:ärkt und gleichgr- >ao richtet und dann zur < Üttersteiiening einer i lauptröhre iz \ ei'·, endet, die so bemessen i>t.

Claims

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daß sie genügende Stromstärken für die Versorgung des Elektromagnets 4 bewältigen kann. Die Polarität der verstärkten und gleichgerichteten Steuerspannung ist so zu richten, daß ein Anwachsen der Spannung die Stromstärke in der Hauptröhre 12 verkleinert und eine Minderung derselben sie vergrößert. Die Mittel, mit denen die elektrische Trägheit dieser Steueriingsschaltung genügend klein gehalten werden kann und die in der richtigen Wahl der elektrischen Größen bestehen, sind bekannt. Es läßt sich mit einer Abstandssteuereinrichtung nach den Angaben der Abb. 6 erreichen, daß sich die Stcuerspannung der Röhre praktisch stets augenblicklich entsprechend dem Abstand des Schwebewagens von der Führungsschiene einstellt. Die Anordnung, insbesondere die Gittervorspannung der Hauptröhre 12, ist so einzustellen, daß die Stromstärke zum Elektromagnet 4 gerade dann eine der Schwerkraft gleiche Zugkraft herstellt, wenn der Abstand an dem Sitz des Abstandssteuerorgans 15 gerade der gewünschte ist. Ändert sich der Abstand, so läßt sich durch passende Bemessung der Verstärkungsgrößen erreichen, daß der Strom in der Hauptröhre stärker wächst als der Abstand bzw. stärker abnimmt als der Abstand. Damit wird die Zugkraft innerhalb von Abständen, die praktisch zwischen Höchstschranken begrenzt zu denken sind, auf höhere Beträge gebracht als die Schwerkraft, wenn der Abstand das Sollmaß überschreitet, dagegen unter die Schwerkraft verringert, wenn der Abstand unter das Sollmaß sinkt. So wird der Wagen schwebend an die Führungsschienen gebannt, gleichgültig ob er fährt oder stillsteht. Der Strom in der Hauptröhre 12 und dem Magnet 4 muß dabei den Änderungen der Steuerspannung mit genügender Schnelligkeit folgen. Dies zu erzielen, steht als eine Möglichkeit zur Verfugung die Übersteuerung der Gitterspannung; es ist bekannt, daß die Stromänderungen in der Zeiteinheit um so größer sind, je größer die Änderung der Steuerspannung ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Wirkwiderstände im Hauptstromkreis groß zu halten gegenüber dem induktiven Widerstand des Magnets 4. Dies ist allerdings mit Encrgievcrlustcn verbunden. Eine spätere Zusatzerrindung beseitigt diesen Nachteil durch eine bessere Lösung.

Bei höchsten Geschwindigkeiten, für die die Schwebebahn in erster Linie gedacht ist, würde es für die 'Verringerung der Gesamtfahrwiderstände keinen großen Gewinn bedeuten, wenn nur eine Vermeidung des Widerstandes der rollenden Reibung erreicht würde, da dann der Luftwiderstand der wichtigste wird. Darum ist ein weiteres Mittel dies, daß die mit luftdichten Wagen ausgestattete Schwebebahn in dichte Röhren verlegt wird, in denen die Luft eine Verdünnung erfährt, wodurch der Luftwiderstand weitgehend herabgesetzt werden kann. Durch Vereinigung beider Mittel, der Schwebung und der Luftverdünnung, läßt sich bei der Schwebebahn der Fahrwiderstand selbst für höchste Geschwindigkeiten ganz gering halten.

Für den Antrieb der Schwebewagen stehen verschiedene, auch nichtelektrische Möglichkeiten offen. Für einen elektromagnetischen Antrieb lassen sich u. a. die Schwebewagenmagnete selbst oder ähnliche, für diesen Zweck eigens angebrachte Magnete, denen dann zur Wirkung im Fahrgleis besondere Schienen gegenübergestellt werden, mit Vorteil verwenden. Die Magnete werden dazu aufgeteilt in kleine Einzelmagnete und erhalten eine mehrfache Wicklung nach Art von Induktionsmotoren. Insbesondere kann man Antriebsmagnete so ausbilden, daß in ihnen wie in Drehstrommotoren ein Feld entsteht, das sich, betrachtet von einem in dem Schwebewagen mitfahrenden Beobachter, durch die Antriebsmagnete hindurch entgegen der Fahrtrichtung mit einer der Fahrgeschwindigkeit gleichen Geschwindigkeit fortbewegt, das dagegen, von einem unbewegten Beobachter aus gesehen, in den Fahrschienen stillsteht und sich nur entsprechend der Fortbewegung des Schwebewagens an dessen vorderer Spitze aufbaut und an dessen hinterer Spitze abbaut. Die Antriebsmagnete am Schwebewagen würden so im Vergleich mit einem Drehstrom-Kurzschlußankermotor dem Ständer entsprechen, während die Schienen die Aufgabe des Kurzschlußläufers hätten.

100 Pa τ ε ν τ λ nspr u c η :

Schwebebahn mit räderlosen Fahrzeugen, die an eisernen Fahrschienen mittels magnetischer, in zwischen den Schienen und an den Fahrzeugen verteilt befestigten Elektromagneten erzeugter Felder schwebend entlang geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der magnetischen Felder durch Abstandsstcuerorganc geschieht, die an den Schwebe- no wagen (3) gegenüber den Führungsschienen (2) räumlich nahe den von ihnen zu steuernden Elektromagneten befestigt sind. Die Abstandssteuerorgane (Abb. 4, 5 ) sind mechanisch unveränderliche, jedoch in ihrem elektrischen Widerstand durch den Abstand von den Schienen beeinflußte elektrische oder magnetische Anordnungen fz. B. Kondensatoren S, Q oder Dmsselsjnilen 10, ii) und werden in elektrische Strom- 12c kreise eingeschaltet, wobei sie an ihren Polen Spannungen erzeugen, die .sich mit

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dem Abstand von den Führungsschienen unverzüglich ändern. Diese Spannungen werden, soweit erforderlich, in ebenfalls trägheitsarmen Schaltungen verstärkt und, gegebenenfalls gleichgerichtet, elektrischen Röhren zu deren Steuerung zugeführt (Abb. ü). Der Sinn und die Größe dieser Steuerspannungen ist so zu wählen, daß durch die von den Röhren den Elektromagneten zugeleiteten Strome magnetische Zugkräfte erzeugt werden, die der Schwerkraft das Gleichgewicht halten, wenn der Abstand der Fahrzeuge von den Schienen das vorgeschriebene Maß hat, die dagegen die Schwerkraft übersteigen, wenn der Abstand zu groß wird, sie endlich unterschreiten, wenn der Abstand unter das Sollmaß herabsinkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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