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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung und eine mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstete Magnetschwebebahn.
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Bei
Magnetschwebebahnen mit Langstator-Linearmotoren ist längs des
Fahrwegs ein Langstator vorgesehen, in dessen Nuten eine Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklung
eingelegt ist, die z. B. aus einem Kupfer- oder Aluminiumkabel und
einer dieses umgebenden Isolationsschicht besteht. Da aufgrund von
induktiven Effekten beim Normalbetrieb entlang der Wicklungen Spannungsdifferenzen
entstehen und dadurch verursachte Ströme fließen können, ist es bekannt (
DE 30 06 382 C2 ),
die Wicklungen zur Ableitung dieser und anderer Ströme, zum Gefährdungsschutz
bei Berührung
und aus anderen Gründen
zusätzlich
mit einem äußeren Mantel
aus einem elektrisch isolierenden, jedoch mit Ruß, Graphit, einem Kupfergeflecht
oder sonstwie zumindest teilweise elektrisch leitend gemachten Kunststoff
zu versehen und diesen Mantel im Bereich jeder Nut an eine längs des
Langstators erstreckte Erdungsleitung anzuschließen. Um dabei sicherzustellen,
daß geringe Übergangswiderstände zwischen
dem Mantel und der Erdungsleitung erhalten werden, ist es weiter
bekannt (
DE 196 20
222 C2 ), den Wicklungsmantel mittels Vorrichtungen mit
der Erdungs leitung zu verbinden, die aus die Wicklungen teilweise
umgebenden, in die Nuten des Langstators eingelegten Manschetten
bestehen und Anschlußelemente
für die
Erdungsleitung aufweisen. Dadurch soll einerseits ein vergleichsweise
großer
Kontakt zwischen dem Mantel und den Manschetten hergestellt werden,
während
andererseits die Anschlußelemente
einen einfachen Anschluß an
die Erdungsleitung ermöglichen sollen.
Zur Vermeidung von Korrosionen bestehen die Manschetten und die
Anschlußelemente
aus Edelstahl.
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Die
Erdungsleitungen bestehen bisher aus einem gut leitenden Material
wie z. B. Kupfer. Sie sind an beliebigen Stellen und beliebig oft
an das Erdpotential angeschlossen und zum Korrosions- und Berührungsschutz
wie die Wechselstrom-Wicklungen mit einem leitfähigen Kunststoffmantel versehen.
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Bei
der praktischen Anwendung von Magnetschwebebahnen haben sich zwei
wesentliche Schwachstellen der beschriebenen Vorrichtungen ergeben.
Zum einen wurde festgestellt, daß der Kunststoffmantel der
Erdungsleitung nach einer längeren Betriebsdauer
an zahlreichen Stellen durchgeschmort war. Derartige, auf thermische Überlastungen
hinweisende Schmorstellen sind nicht tolerierbar. Zum anderen treten
Brand- bzw. Verkohlungsstellen
auch im Mantel der Langstatorwicklung selbst auf, wodurch der Mantel
allmählich
brüchig
wird und sich aufzulösen
beginnt. Auch dies ist nicht tolerierbar.
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Ausgehend
davon liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde,
die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden,
daß derartige
Schmor- und Verkohlungsbereiche vermieden werden. Außerdem soll
eine mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstete Magnetschwebebahn vorgeschlagen
werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und
15.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, daß bei
der Überleitung
der elektrischen Ströme
von den Manschetten auf die Erdungskabel aufgrund der kleinen Übergangsquerschnitte
der Anschlußelemente
unerwünscht
hohe Übergangwiderstände und dadurch
thermische Spitzenbelastungen auftreten können, die die thermische Belastbarkeit
der Kunststoffisolierung der Erdungsleitung übersteigen und daher überall dort
zu Durchschmorungen führen,
wo sie am größten sind.
Werden dagegen korrosionsfeste, aus Metall bestehende Erdungsleitungen
verwendet, ist die Gefahr thermischer Überlastungen weitgehend ausgeschlossen.
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Nach
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die Manschetten mit Soll-Kontaktstellen, z.
B. nach innen ragenden Sicken versehen. Dadurch gelingt es, definierte
Berührungsstellen
zwischen dem Mantel der Wechselstrom-Wicklung und der Manschette
zu schaffen und dadurch zu vermeiden, daß der Strom über zufällig gebildete,
punktförmige
Kontaktstellen abfließt
und so hohe Stromdichten erreicht, daß die Mantelschicht der Wicklungen
beschädigt
wird. Dabei wird davon ausgegangen, daß bisher trotz der großflächigen Manschette
nur dort Stromübergänge stattfinden,
wo die Manschette zufällig
und in Abhängigkeit
von der Lage bzw. Biegung der Wicklung fest an deren Mantel anliegt.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden, in
unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einer schematischen perspektiven Darstellung den Langstator eines
Linearmotors mit einer Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklung für eine Magnetschwebebahn;
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2 eine
Vorderansicht des Langstators nach 1 im Bereich
einer Nut beim Einlegen der Wicklung;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Manschette;
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4 und 5 je
eine Vorderansicht und einen Querschnitt der Manschette nach 3;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Wicklung gemäß 1 ohne Langstator
nach dem Einlegen in die erfindungsgemäße Manschette zusammen mit
einer Erdungsleitung;
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7 eine
teilweise Seitenansicht der Manschette nach 3 mit eingelegter
Wicklung;
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8 einen
Schnitt längs
der Linie VIII–VIII der 7;
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9 eine
teilweise und schematische Seitenansicht eines Langstators im Bereich
einer Weiche und mit einer besonderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Weichenbereich; und
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10 und 11 je
eine vergrößerte Vorder-
und Seitenansicht eines Klemmverbinders der Vorrichtung nach 9.
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1 zeigt
einen Abschnitt eines Langstators
1 eines Linearmotors
für eine
Magnetschwebebahn. Der Langstator
1 weist in vorgegebenen
Abständen
Nuten
2 auf, die quer zu seiner Längsachse
3 durchlaufend
ausgebildet sind, um eine Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklung
4 aufzunehmen.
An der Unterseite wird z. B. ein mit Tragmagneten versehenes Reaktionsteil
eines Magnetschwebefahrzeugs in Richtung der Längsachse
3 geführt. Der
allgemeine Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Langstator-Linearmotors
sind dem Fachmann z. B. aus der Druckschrift
DE 39 17 058 C1 allgemein
bekannt, die hiermit zur Vermeidung von Wiederholungen zum Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Nach 2 sind
die Nuten 2 jeweils nach außen bzw. unten durch Schlitze 5 geöffnet und
durch Wandungen 6 begrenzt, die nach innen ragende Vorsprünge 6a haben,
die sich einander gegenüber
stehen und an einer engsten Stelle Abstände von einander aufweisen,
die kleiner sind, als dem Außendurchmesser
der Wicklung 4 entspricht.
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Wie 2 weiter
zeigt, sind die beidseitig der Nuten 2 liegenden Teile
der Wandung 6 nahe des Öffnungsschlitzes 5 jeweils
mit einer Auflageschulter 7 versehen. Auf diesen stützen sich
zwei untere Längskanten 8 einer
Manschette 9 ab, die aus einem dünnen, entsprechend der Wandung 6 geformten Edelstahl-Blech
besteht. Die Manschette 9 ist vorzugsweise federelastisch
ausgebildet, damit sie in Richtung eines in 2 eingezeichneten
Pfeils in die Nut 2 eingedrückt werden kann, bis ihre Längskanten 8 hinter
den Auflageschultern 7 einrasten. Dadurch ist die Manschette 9 dann
in der Nut 2 undrehbar fixiert und gegen Herausfallen gesichert.
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Dort,
wo die Wandungen 6 ihre Vorsprünge 6a haben, ist
die Manschette 9 entsprechend geformt, so daß die Nut 2 auch
nach dem Einsetzen der Manschette 9 eine entsprechende
Verengung 10 hat.
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Da
die Wicklungen 4 radial geringfügig elastisch verformbar sind,
lassen sie sich auch nach dem Einsetzen der Manschetten 9 in
Richtung des eingezeichneten Pfeils in die Nuten 2 eindrücken, bis
sie hinter den Verengungen 10 elastisch einrasten und dadurch
gegen Herausfallen gesichert sind.
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Die
Ausbildung der Nuten
2 und Manschetten
9 ist dem
Fachmann z. B. aus der Druckschrift
DE 196 20 222 C1 allgemein bekannt, weshalb
auch diese Druckschrift zur Vermeidung von Wiederholungen hiermit
durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht
wird.
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Einzelheiten
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Manschette 11 ergeben sich insbesondere aus 3 bis 5,
in denen die Manschette 11 in einer gegenüber 2 um
180° um
ihre Längsachse 11a gedrehten
Stellung gezeigt ist. Danach enthält die Manschette 11 eine
Schale 12 mit einer Kontur, die im wesentlichen einer Zylinderfläche folgt
und so groß ist,
daß sie
die Wicklung 4 im montierten Zustand um etwas mehr als
die Hälfte
umschlingt. Die Länge
der Schale 12 in Richtung der Längsachse 11a entspricht
im wesentlichen der Länge
der Nut 2, so daß sie
diese nach dem Einsetzen auf der ganzen Länge ausfüllt. An einem axialen Ende
weist die Manschette 9 einen Anschlag 14 auf,
während
sie am anderen axialen Ende mit einem weiteren Anschlag in Form
einer Anschlußfahne 15 versehen
ist, an der ein Anschlußelement 16 für eine in 6 gezeigte Erdungsleitung 17 befestigt
ist. Der Anschlag 14 und die Anschlußfahne 15 erstrecken
sich quer zur Längsachse 11a etwa
in der Mitte des Schalenbodens und bestehen vorzugsweise aus an
die Schale 12 angeformten, aus demselben Material wie diese hergestellten
Elementen, die durch Umbiegen um ca. 90° von an den Schalenboden angeformten
Verlängerungen
erhalten werden. Der Abstand der Anschlußfahne 15 vom Anschlag 14 ist
so bemessen, wie der Breite des Langstators 1 in dieser
Richtung entspricht, so daß sie
sich nach der Montage an dessen Vorder- und Rückseite anlegen und daher axial unverschiebbar
in der betreffenden Nut 2 festgelegt sind.
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Das
Anschlußelement 16 besteht
vorzugsweise aus einem Federkanal, in den die Erdungsleitung 17 elastisch
eindrückbar
und dadurch unverlierbar in diesem festlegbar ist.
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Die
Manschette 11 weist an ihren beiden Längsenden und an den Außenkanten,
d. h. an den im flachgelegten Zustand den vier Ecken entsprechenden
Stellen je eine nach innen vorstehende Soll-Kontaktstelle 18 auf.
Jede Soll-Kontaktstelle 18 besteht vorzugsweise aus einer
Sicke bzw. einer wulstförmigen
Erhebung, die entsprechend 4 und 5 radial
nach innen gewölbt
ist und dadurch eine Querschnittsverengung der Schale 12 mit
sich bringt.
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Der übliche Aufbau
der Wicklung 4 ergibt sich aus 6. Danach
enthält
die Wicklung 4 einen vorzugsweise mehradrigen, elektrisch
gut leitenden Kern 19, eine diesen umgebende Hochspannungs-Isolierschicht 20 und
einen äußeren, die Schicht 20 umhüllenden
Mantel 21 aus einem z. B. mit Ruß od. dgl. leitfähig gemachten
Kunststoff. Dabei sind sowohl die Isolierschicht 20 als
auch der Mantel 21 in gewissen Grenzen elastisch nachgiebig bzw.
eindrückbar.
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Die
radialen Höhen
der Soll-Kontaktstellen 18 sind vorzugsweise so gewählt, daß sie sich
nach dem Einlegen einer Wicklung 4 in deren flexiblen Mantel 21 eingraben.
Mit ganz besonderem Vorteil wird die Sickenhöhe außerdem derart bemessen, daß dies nicht
nur im Rahmen der üblichen
Toleranzen, sondern selbst dann gilt, wenn die Wicklung 4 und
die Manschette 11 im Sommer bzw. Winter aufgrund von Temperaturänderungen
radial geringfügig gedehnt
oder gestaucht werden. Dadurch wird ein von der Jahreszeit unabhängiger,
stets gleich guter Kontakt zwischen dem Mantel 21 und der
Manschette 11 sichergestellt.
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Mit
dem Mantel 21 der Wicklung 4 zusammenwirkende
Kontaktflächen 18a (4, 5)
der Soll-Kontaktstellen 18 sind vorzugsweise glatt und leicht
gewölbt,
aber keinesfalls eckig oder spitz zulaufend geformt. Außerdem sind
diese Kontaktflächen 18a zwar
vergleichsweise großflächig, aber dennoch
so bemessen, daß sie
ein radiales Ausweichen des Mantels 21 ermöglichen,
wenn sie auf diesen einwirken. Dadurch ergibt sich insgesamt der Vorteil,
daß sie
Manschette 11 im montierten Zustand nach 6 mit
ihren Soll-Kontaktstellen 18 stets flächig und fest am Mantel 21 der
Wicklung 4 anliegt. Eine Folge davon ist, daß definierte
Kontakte für
den Übergang
des elektrischen Stroms vom Mantel 21 auf die Anschlußfahne 15 und
von dort weiter auf die im Anschlußelement 16 einliegende
Erdungsleitung 17 geschaffen werden. Unabhängig von
Toleranzen und Witterungsverhältnissen
ist so stets ein definierter Abfluß des Stroms durch die Erdungsleitung 17 sichergestellt.
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Die
Manschette 11 besteht als Ganzes aus einem Edelstahl-Blech,
an dem die Teile 14, 15, 16 und 18 z.
B. nach einem Stanzschritt durch übliche Verformungsschritte
angeformt werden.
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Das
Anschlußelement 16 nimmt
entsprechend 6 die Erdungsleitung 17 auf.
Damit sich auch hier gute Kontakte mit geringen Übergangswiderständen ergeben,
sind die Anschlußfahnen 15 und
die Federkanäle 16 großflächig ausgebildet. Dies
gilt insbesondere im Hinblick auf die kleineren Strömungsquerschnitte
dieser Teile im Vergleich zur Manschette 11. Außerdem ist
erfindungsgemäß vorgesehen,
die Erdungsleitung 17 ausschließlich aus einem korrosionsbeständigen Metall
herzustellen. Dadurch werden die an den bisher üblichen Isolierschichten auftretenden
Probleme vermieden, die sich im Bereich scharfkantiger Berührungsstellen
ergeben. Außerdem
wird die Erdungsleitung 17 mit besonderem Vorteil aus demselben
Material wie die Manschette 11, d. h. aus Edelstahl hergestellt,
um auch solche Störungen
wie z. B. Kontakt-Korrosionen auszuschließen, die sich im Bereich der
Kontaktstellen aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe ergeben
können,
wenn ungünstige
Metallkombinationen wie z. B. Cu/Fe verwendet werden. Außerdem ergibt
sich der Vorteil, daß Edelstahl
korrosionsfest ist, so daß keine
zusätzliche
Korrosionsschutzschicht erforderlich ist. Anstelle von Edelstahl
könnten
allerdings auch andere korrosionsfeste Materialien wie z. B. verzinntes
Kupfer, Titan od. dgl. verwendet werden. Vorteilhaft ist schließlich auch,
daß die Strombelastbarkeit
zwischen dem Anschlußelement 16 und
der Erdungsleitung 17 wegen des Fehlens einer Isolierschicht
deutlich größer ist.
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Im übrigen besteht
die Erdungsleitung 17 zweckmäßig aus einem Edelstahlseil,
obwohl sie auch als massiver Stab ausgebildet sein könnte.
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In 7 und 8 ist
die Wirkung der erfindungsgemäßen Soll-Kontaktstellen 18 angedeutet. Dabei
zeigt 7 die Seitenansicht eines kurzen Stücks einer
Wicklung 4 und einen Endabschnitt einer an ihr anliegenden
Manschette 11 mit einer der Soll-Kontaktstellen 18. Mit dem
Bezugszeichen 22 sind Äquipotentiallinien
angedeutet, die sich beim Betrieb in der Wicklung 4 ausbilden
und im Bereich der Kontaktstelle 18 vergleichsweise geringfügig und keinesfalls
so stark verformt sind, wie dies beim Vorhandensein von spitzen
Kanten od. dgl. der Fall wäre.
Entsprechendes zeigt 8 in einem Längsschnitt durch ein kurzes
Stück einer
Wicklung 4 und einer in deren Mantel 21 eingedrückten Soll-Kontaktstelle 18,
wobei allerdings im Gegensatz zu 7 nur die
auf einer Seite einer Mittelebene 4a liegende Hälfte der
Wicklung 4 dargestellt ist. Auch hier ist deutlich sichtbar,
daß eine
sehr homogene Verteilung der Äquipotentiallinien
erhalten wird. Das führt
zu der vorteilhaften Folge, daß sich
im Bereich der Soll-Kontaktstellen homogene Stromverteilungen ergeben und
keine kritischen Stromdichten erreicht werden.
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Um
auch im Bereich einer im Fahrweg einer Magnetschwebebahn befindlichen
Weiche eine ordnungsgemäße Funktion
der Erdungsleitung 17 sicherzustellen, ist die beschriebene
Vorrichtung hier entsprechend 9 bis 11 ausgebildet.
Ein Problem ergibt sich daraus, daß sich im Bereich einer Weiche
die Abstände
zwischen zwei aneinander stoßenden
Langstatorabschnitten 1a, 1b aufgrund der Weichenbewegung
um einige Millimeter verändern können. Diesen Änderungen
kann die zugfeste Erdungsleitung 17 nicht folgen. Daher
werden über
die Erdungsleitung 17 Kräfte auf die Anschlußelemente 16 ausgeübt, durch
die sich diese plastisch verformen und die Klemmwirkung und damit
auch die Größe der Kontaktflächen verringern
können.
Das kann letztlich bis zum Ausfall eines Kontaktes zwischen einer
Manschette 11 und der Erdungsleitung 17 führen, was
durch die beim Betrieb auftretenden Schwingungen und Vibrationen
noch beschleunigt wird.
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Erfindungsgemäß ist daher
vorgesehen, die Erdungsleitung 17 im Bereich kritischer
Stoßstellen zwischen
den Langstatorabschnitten 1a, 1b zu trennen und
dadurch erhaltene Enden z. B. mittels aufgepreßter Endstücke 23 oder anderer
Sicherungen vor dem Aufspleißen
zu schützen.
Die auf diese Weise getrennten Enden der Erdungsleitung 17 werden durch
ein mit einer Schlaufe 24 versehenes, vorzugsweise aus
dem Erdungsleitungsmaterial bestehendes, flexibles Verbindungsstück 25 nach
Art einer Brücke
miteinander verbunden, indem das Verbindungsstück 25 an seinen Enden
mit Hilfe von Klemmverbindern 26 an den beiden getrennten
Enden der Erdungsleitung 17 befestigt wird. Dabei stellt
die Schlaufe 24 eine elastische Erdleitungsreserve dar, die
bei Abstandsänderungen
der Langstatorabschnitte 1a, 1b die erforderlichen
Materialmengen liefern oder aufnehmen kann, ohne daß die eigentliche
Erdleitung 17 auf Zug beansprucht oder eines der Anschlußelemente 16 usw.
zu stark belastet wird.
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Nach 10 und 11 bestehen
die Klemmverbinder 26z. B. aus je zwei durch korrosionsfeste
Schrauben 27 verbindbaren Teilen 26a und 26b,
die zwischen sich einerseits das Verbindungsstück 25, andererseits
das zugehörige
Ende der Erdungsleitung 17 aufnehmen. Dabei kann jeweils
das eine Teil (z. B. 26b) ein Drehsicherungselement 28 in Form
eines angeformten Stegs od. dgl. aufweisen, daß sich im montierten Zustand
gegen eine Seitenwand des Langstators 1 legt und ungewünschte Drehungen
des Klemmverbinders 26 verhindert.
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Aufgrund
der beschriebenen Maßnahmen wird
erreicht, daß die
Erdungsleitung 17 im Bereich der Weichen nicht überlastet
und dadurch die Lebensdauer der Manschetten 11 in diesen
Bereichen erhöht
wird.
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Aus 6 ist
schließlich
noch ersichtlich, daß jeder
zwischen den Wickelköpfen
liegende gerade Wicklungsstrang der Wicklungen 4 mit je
einer in eine hier nicht gezeigte Nut 2 eingelegten Manschette 11 versehen
wird. Nach dem Einlegen der Manschetten 11 liegen die Anschlußelemente
bzw. Federkanäle 16 koaxial
hintereinander.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das
auf vielfache Weise abgewandelt werden könnte. Das gilt insbesondere
für die
Zahl und die Form der an einer Manschette 11 vorgesehenen
Soll-Kontaktstellen 18. Weiter wäre es möglich; die Manschetten 11 statt
mit den Anschlägen 14 mit
zweiten Anschlußelementen 16 zu
versehen und an beiden Seiten des Langstators 1 je eine
Erdungsleitung 17 zu verlegen. Weiter ist es möglich, für die Manschetten 11 eine
andere Form zu wählen,
als in 3 gezeigt ist, insbesondere wenn die Form der
Nuten 2 im Langstator 1 dies erfordert. Außerdem ist
klar, daß die
Erfindung auch eine mit den beschriebenen Vorrichtungen ausgerüstete Magnetschwebebahn
umfaßt.
Schließlich
versteht sich, daß die
verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und
dargestellten Kombinationen angewendet werden können.