-
Schwebebahn mit räderlosen Fahrzeugen, die mittels magnetischer Felder
an eisernen Fahrschienen schwebend entlang geführt werden Die Erfindung betrifft
Verbesserungen des Gegenstandes des Hauptpatents 6:I3 3 16. In diesem Patent
wurden die grundlegenden technischen Mittel für .eine neue Schienenbahn angegeben,
bei der die Fahrzeuge nicht auf Rädern laufen, sondern, durch magnetische Kräfte
gehalten, schwebend an eisernen Schienen entlang gleiten. Die magnetischen Kräfte
werden dabei durch Elektromagnete erzeugt, die an den Schwebebahnwagen angebracht
sind und diese von den Fahrschienen in einem bestimmten Abstand von diesen entfernt
halten. Die Elektromagnete werden über elektrische Röhren mit -Strom gespeist, der
mit Hilfe dieser Röhren in seiner Stärke geregelt wird, indem deren Gitterspannungen
durch besondere, im genannten Patent näher beschriebene Abstandssteuerorgane geregelt
werden. Die von den Strömen hervorgebrachten magnetischen Zugkräfte erhalten dadurch
stets einen Betrag, der ohne jeden merklichen Zeitverlust sich nach dem Abstand
zwischen Fahrzeug und Führungsschienen einstellt. Die magnetische Zugkraft wird
so eingeregelt, daß sie bei Vorhandensein des festgelegten Sollabstandes genau gleich
der Fahrzeuglast wird; bei größer werdendem Abstand wird die Zugkraft selbsttätig
gesteigert, bei geringer werdendem unter die Schwerkraft verringert. So steht das
Fahrzeug immer unter einer Richtkraft, die es selbsttätig nach diesem Sollabstand
hinzwingt; das Fahrzeug hält sich frei schwebend, ohne de Schienen irgendwie zu
berühren.
-
Bei der Fahrt ergeben sich durch Störeinflüsse, beispielsweise ungenaue
Schienenlage, naturgemäß immer wieder mehr oder weniger kleine Abweichungen der
Lage des Schwebewagens in bezug auf die Führungsschienen gegenüber der gewollten
Ideallage. Diese Abweichungen sucht jeweils. unverzüglich die magnetische Richtkraft
zu beseitigen. Untersucht man die dabei auftretenden Vorgänge durch eingehende Cberlegungen
näher, so kommt man zu dem Ergebnis, daß jede Lagenberichtigung durch die Richtkraft
sich als ein Schwingungsvorgang darstellt. Bei diesem stellen Fahrzeugmasse und
Richtkraft das schwingungsfähige Gebilde dar. Bei der Lagenberichtigung gibt die
Richtkraft dem Schwebewagen eine gewisse Geschwindigkeit gegenüber den Schienen
senkrecht zur Fahrtbewegung, von der hier abgesehen werden kann. Der Vorgang der
Lagenberichtigung ist im Grunde der gleiche bei fahrendem `Vagen wie bei stillstehendem
Nagen. Ist der Sollabstand des Fahrzeuges von den Führungschienen erreicht, wird
die Richtkraft zwar zu Null, jedoch wirkt nun
die dem Wagen infolge
der relativ zu den Schienen inzwischen erreichten Geschwindigkeit innewohnende lebendige
Kraft und bringt ihn über die Sollage, seine Ruhelage, hinaus. Dann tritt eine Richtkraft
entgegengesetzter, Richtung auf und zwingt das Fahrzeug wieder auf den Sollabstand
zurück. Das Spiel zwischen Richtkraft und lebendiger Kraft kann sich immer weiter
fortsetzten. Es besteht die Möglichkeit zur Bildung von harmonischen Schwingungen.
Praktische Versuche bestätigten die Richtigkeit dieser überlegungen. Solche harmonischen,
ungedämpften Schwingungen sind nun aber sehr störend.
-
Die hier beschriebene erste Verbesserung zeigt den Weg, wie solche
harmonischen Schwingungen verhindert «-erden können. Das Mittel dazu ist eine zusätzliche
Beeinflussung der Gitterspannung der Elektronenröhren, die den Strom für die Elektromagnete
regeln.
-
In Abb. i ist ein hierfür geeigneter Schaltungsaufbau in seinen Grundzügen
dargestellt. Es ist grundsätzlich diejenige Schaltung, wie sie in Abb.6 des Hauptpatents
dargestellt wurde; nur ist sie durch einige Zusätze erweitert. Wie dort, bezeichnet
.l die Wicklung eines der 1?lektroniagnete des Schwebewagens, die Gleichstromquelle
,'-, -- für die Energielieferung und die von dem Strom des Elektromagneten zu durchfiel.')ende
Hauptelektronenröhre 12. Aus der hochfrequenten Stromquelle 16 gleichbleibende r
Spannung durchflielit ein Strom den Widerstand 1:1 und das Abstandssteuerorgan 15.
Dieses ist ein Kondensator Bach Abb.4 des Hauptpatents, dessen Kapazität deswegen
von seinem Abstand von den Führungsschienen des Schwebewagens abhängt, weil sich._
die dielektrischen Verschiebungslinien über das Metall der Schiene schlielien. Wie
nach der Schaltung Abb. 6 des Hauptpatents wird durch eine Verstärker- und Gleichrichterschaltung
13 dieser Spannungsabfall zu einer Gleichspannung genügender Höhe umgeformt und
als Teilspannung dem Gitter der Hauptröhre neben einer passenden Vorspannung zugeführt.
Die Polung und die Höhe der Verstärkung wird so gewählt, dab ein Vergröbern des
Abstandes zwischen Ai)-standsstetierorgan 15 und den Schienen ein starkes Anwachsen
dc s Stromes ton der Hauptröhre= 12 zum Elektromagneten 4. bewirkt, was dann ein
Wachsen der magnetischen Zugkraft zur Fole 'hat. Ilei einem Sinken des Abstandes
tritt das L-mgekehrte ein, ein starkes Sinken der Zu;gkratt. Insoweit gleicht der
Vor-an- hier dein ini Hauptpatent beschriebenen Während der bisher beschriebene
Teil der röhre 12 eine Teilspannung zuführt, die abhängig vom Abstand Steuerorgan-Schlene
stets denselben Wert bei dem gleichen Abstand hat, führt die in Abb. i dargestellte
Schaltung neben dieser abstandsabhängigen Steuerspannung dem Gitter noch eine weitere
Teilspannung zu, dis Dämpfspannung. Diese ist in ihrer Größe bestimmt durch die
Schnelligkeit, mit der sich der Abstand Steuerorgan-Schiene ändert. Der Spannungsabfall
am Widerstand 14 wird hier außer - der Einrichtung 13 - einer zweiten Verstärker-
und Gleichrichtereinrichtung i-, die mit bekannten Mitteln der Technik aufzubauen
ist, zugeführt und dort zu einem Gleichstrom genügender Stärke umgeformt, der den
Widerstand i9 und die Kopplungsspule 18 durchfließt. Der Ausgangsgleichstrom der
Verstärkereinrichtung 1; ist in seiner Stärke bestimmt vom Abstand zwischen Abstandssteuerorgan
und Schiene. Ändert sich dieser nicht, so hat diese gl.eichblcibenden Wert; die
Kopplungsspule erzeugt keine Spannung im Gitterkreis der Hauptröhre. Ändert sich
der Abstand, so ändert sich auch die Aus-=gsstromstärke der Verstärkereinrichtung
i;, und zwar um so schneller, je schneller sich der Abstand ändert. Dementsprechend
wird durch die Kopplungsspule in den Gitterkreis hinein. eine Teilspannung transformiert.
die Null ist, wenn: sich der Abstand Steuerorgan--Schiene nicht ändert, die finit
der Größe der Abstandsänderung wächst, und deren Dichtungssinn bei der Abstandsverringerung
der umgekehrte ist wie bei der Abstandsverrtil.@erung. Polt man die Koppelspule
18 richtig, dann erreicht inan eine Änderung der Gitterspannung solcher Art, daß
die von ihr abhängige Stromstärke der Hauptröhre 12 verstärkt wird, wenn, der Abstand
des Steueror,-anes wächst, und zwar um so mehr, je schneller der Abstand wächst.
Dagegen wird die Stromstärke verringert, ulid zwar um so mehr verringert, je schneller
der Abstand kleiner wird. Das hat eine Schwächung der Dichtkraft zur Folge, wenn
sich der Schwebewagen seiner Sollage nähert, dagegen eine Verstärkung, wenn er sich
aus ihr entfernt. Das Endergebnis ist also so, dab der Richtkraft eine Dämpfun-skraft
hinzugefügt wird, die mit der Geschwindigkeit des Schwin-_gtin-stitisschitiges wächst.
Durch Umsprechende Wahl der Verstärkung in der Ein-1-ichtu111l# 1- läbt sich dieser
Diimpftutgskraft eine beliebige Stärke `eben. Der Vorgang, finit dem die. Rückrührung
des Schwebewagens atts Ain"-eichtnigeii in die richtige Lage zti don Schienen ertol<"t,
1ä1:4 @ie-11 zu einer mehr oder u-eniger stark <-ed:iniptten Schwingung machen;
er läL>t sich aber auch zu einer ganz aperiodischen Bewegurig umbilden, indem
man
die Dämpfttngskraft besonders stark macht. Auf diese Weise wird der Schwebevorgang
bei der Schwebebahn, erheblich verbessert, wie Versuche praktisch bestätigten. Es
sei noch bemerkt, daß der Widerstand 19 im Ausgang der Einrichtung 17 ein starkes
Überwiegen des Wirkwiderstandes gegenüber dem induktiven Widerstand andeuten und
dahin belehren soll, daß auch hier wie in der übrigen Einrichtung die elektrische
Trägheit der Vorgänge durch passende Wahl der elektrischen Größen genügend klein
gehalten werden muß.
-
Die Schaltung nach Abb. i stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar.
Der gleiche Grundgedanke kann auf die verschiedenste Weise und mit verschiedenen
Schaltmitteln verwirklicht werden.
-
Die in der Beschreibung des Hauptpatents in Abb. 6 und hier in Abb.
i angegebene Schaltung zur Regelung der Stärke des .elektromagnetischen Feldes für
das Schweben ist insbesondere für die Verwendung von elektrischen Röhren mit unselbständiger
elektrischer Entladung passend, also 'für Röhren, bei denen die Stromstärke in stetiger
Abhängigkeit durch die Gitterspannung regelbar ist. Solche Röhren bringen wegen
des hohen inneren Spannungsverlustes. unerwünschten Energieverbrauch. Man kann aber
in der gleichen Schaltung auch Röhren mit selbständiger Entladung, Stromrichter,
verwenden, wenn man als Betriebsstromqu.elle Wechselstrom verwendet. Dann werden
die Röhrenverluste praktisch gering. Man muß dann die Steuerspannungen am Gitter
der Hauptröhre 12 so wählen, daß sie in, dem Arbeitsbereich liegen, in, dem in bekannter
Weise zwar nicht der Augenblickswert .des den Stromrichter durchfließenden Stromes,
wohl aber sein zeitlicher Mittelwert stetig von der Gitterspannung abhängt. Bei
praktischen Versuchen gelang es, an einem ruhenden Modell das elektromagnetische
Schweben zu verwirklichen mit einer Schaltung nach Abb.2. Bei dieser wurden die
Steuerspannungen nach den Gedankengängen der Abb. i hergestellt; die dazu nötigen
Einrichtungen sind in Abb.2 nicht mit dargestellt. An Stelle der Hauptröhre 12 der
Abb. i sind zwei Stromrichter vorgesehen für die Versorgung der Wicklung .4 des
Magneten mit Strom. Der Stromrichter 12, ist an ein Wechselspan.nungsnetz (von beispielsweise
220 V und 5o Hz) angeschlossen; der Stromrichter 12b ist mit seiner Anode mit dem
negativen Pol eines Gleichspannungs.netzes (beispielsweise einer Akkumulatorenbatterie
von 5o V) verbunden. Der zweite Stromrichter i2L hat dabei den Zweck,- in Verbindung
mit dem Gleichstromnetz den Strom, der den Magneten durchfließt, aus einem unterbrochenen,
.zwischen Null und Maximalwert schwankenden Gleichstrom in einen pulsierenden, zwischen
Mindestwert und Höchstwert mehr oder weniger schwankenden Gleichstrom zu verwandeln,
indem er in den Zeiten, wo das Wechselstromnetz negative Spannung in bezug auf den
ersten Stromrichter 12, hat, die Stromführung übernimmt. Durch diese Anordnung läßt
sich bei gleicher Wechselspannungshöhe die Stärke des durch den Magneten 4 fließenden
Stromes wesentlich erhöhen und gleichzeitig dem Strom angenähert der Charakter eines
Gleichstromes geben. Die Regelbarkeit des Stromes ist, über den zeitlichen: Mittelwert
betrachtet, stetig wie bei der Verwendung von Röhren mit unselbständiger Entladung.
Die Schaltung nach Abb.2 läßt sich noch weiter vervollkommnen, indem man beispielsweise
als Wechselspannungsquelle ein Drehstromnetz benutzt und .an Stelle des Stromrichters
12" zwei .oder auch drei Stromrichter in Parallelschaltung benutzt, wobei diese
Stromrichter an zwei .oder an drei verschiedene Phasen angeschlossen werden. Bei
solcher Schaltung wird der Strom, durch den Magneten .1 schon sehr angenähert, ein
Gleichstrom.
-
Es erwies sich, daß sich mit Anordnungen auf Grundlage der Abb. 2
bei einem ruhenden Versuchsmodell ein einwandfreies, elektromagnetisches Schweben
erzielen läßt. Die Regelung des elektromagnetischen Feldes geht mit einer für diesen
Zweck genügenden Schnelligkeit vonstatten; beliebig hoch läi.')t sich die Änderungsgeschwindigkeit
des Feldes allerdings auf solche Weise nicht treiben. Für die Zwecke der Schwebebahn
jedoch erscheint es erwünscht, ein Verfahren zu besitzen, mit dessen Hilfe jede
erforderliche Regelgeschwindigkeit erzwungen werden kann. Ein solches Verfahren
wird in der nachfolgenden weiteren Verbesserung des Hauptpatents »Sch @,vcbebahn«
beschrieben.
-
Abb. 3 zeigt eine elektrische Schaltung, mit der die zur Erzielung
des Schwebevorganges in einem Magneten erforderlichen Feld- und, was damit gleichbedeutend
ist, Stromverhältnisse unter Anwendung von gittergesteuerten Stromrichtern nach
dem neuen Verfahren praktisch mit geringen Verlusten und mehr als genügend schnell
erzwungeil «-erden können. Es ist wieder durch Sinnbild die Wicklung .1 eines von
den mehreren Elektromagneten dargestellt, die ein Schwebewagen 3, der hier durch
eine L`mrihlinie angedeutet ist, besitzt. Die Stromstärke ist nach den Angaben im
Hauptpatent für jeden Elektromagneten gesondert zu regeln. Schematisch ist in Abb.
i angedeutet, dali sich der Elektromagnet des Schwebewagens 3 in einem
Abstand
x von der Führungsschiene 2 befindet. Zur Erzeugung des Magnetfeldes; steht hier
beispielsweise ein Dreileiterg@eichspannungsnetz mit den Spannungspolen -!-- U,
- U, o als Betriebsspannung zur Verfügung. Die Elektromagnetwicklung q. liegt einerseits
am o-Pol, anderseits an zwei Stromrichtern, einem Hauptstromrichter 12, der mit
seiner Anode über eine Leitungsunterbrechungseinrichtung tt an dem +U-Pol liegt,
und einem Nebenstromrichter 2o, der mit seiner Anode unmittelbar an den - U-Pol
angeschaltet ist. Im Sinne des elektrischen Abbildverfahrens werden nun hier keine
Betriebsspannungen gewöhnlicher Höhe angeschaltet, wie es sonst die gewohnte Regel
der Elektrotechnik ist, nämlich solcher Höhe, daß sich nach dem Einschalten der
Spannung die gewollte Stromstärke als Endergebnis des elektrischen Ausgleichsvorganges
einstellt. Bekanntlich klingt ein Ausgleichsvorgang nach einer Exponentialfunktion
ab, bestimmt durch die sogenannte Zeitkonstante des Stromkreises. Die Erreichung
einer bestimmten Stromstärke als Endergebnis eines solchen Ausgleichsvorganges erfordert
unter Umständen lange Zeit, besonders bei Stromkreisen mit hoher Induktivität und
demzufolge hoher Zeitkonstante. Mit Anwendung hier gewöhnliche Betriebsspannungen
genannter Spannungen würde keine genügend schnelle Regelung der magnetischen Zugkräfte
unter allen Umständen erreicht werden können. Statt gewöhnlicher Betriebsspannungen
benutzt das elektrische Abbildverfahren für Schnellregelung überhöhte Spannungen,
die das Vielfache der gewöhnlichen Spannungen betragen können. Damit spielt sich
hier der elektrische Regelvorgang für das Schweben in folgender Weise ab: Wird der
Stroml infolge spätererklärter Steuervorgänge durch den Hauptstromrichter i a von
o durch die 2vIagnetwicklung 4. zu = U geleitet, so wächst er der
überhöhten Spannung -'-U entsprechend sehr rasch an; das Magnetfeld und mit
illin die Zugkraft wächst sehr rasch. Umgekehrt sinkt die magnetische Zugkraft rasch
mit dem Strom 1. wenn dieser durch Steuerungsmaßnahmen bei u unterbrochen wird lind
von der energieliefernden Stromquelle mit der Spannung - U auf den Weg über den
Nebenstromrichter 2o zur Stromquelle der Spannung - U tongeleitet wird, die dabei
die Aufgabe der Rückspeicherung von Energie aus dem Felde des Magneten übernimmt.
Durch Anwendung einer @@eilügenden L'berhöhung der Spannung - U und ebenso der Spannung
-- t1 kann die :inderungsgescltwitidigkeit des Stromes I lind damit der Zugkraft
sehr hach getrieben @.verden. Nun tittt13 aber bei der Schwebebahn jeweils ein.
bestimmter Zustand in den Feldverhältnissen nicht nur genügend schnell erreicht,
sondern auch gehalten werden. Das wird nun nach dem erwähnten Verfahren erreicht
durch ein besonders gesteuertes Wechselspiel von Stromverstärkung und Stromschwächung
mittels wechselweisen Einschaltens der beiden Stromrichter. Hat die Unterbrechungseinrichtung
u den Stromweg ; U, Hauptstromrichter 12 geschlossen, so zündet der Hauptstromrichter,
wenn das Potential seines Gitters genügend hoch gemacht wird. Die Unterbrechereinrichtung
u öffnet den Stromweg in stetigem, schnellem Takt; für vorliegende Zwecke würde
beispielsweise ein jeweils alle vier tausendstel Sekunden erfolgendes Unterbrechen
genügen. Die üffnungsdauer des Unterbrechers u wird wesentlich kleiner gehalten
als die Schließungsdauer, z. B. ein tausendstel zu drei tausendstel Sekunden. Die
Darstellung in Abb. i deutet mit rt auf eine mechanische Unterbrechereinrichtung.
Hier ist diese Anordnung nur wegen der Einfachheit der Darstellung gewählt. Für
die Schwebebahn kommen andere Unterbrechereinrichtungen in Frage; es sind verschiedene
geeignete Verfahren hierfür schon Allgemeingut der Elektrotechnik. Eine Beschreibung
erübrigt sich daher. Solange die Gitterspannung des Hauptstromrichters genügend
hoch gehalten wird, führt derselbe jeweils während der Schließungsdauer von u dem
Elektromagneten Energie zu. Während der Unterbrechungsdauer von rt wechselt der
Strom zum Nebenstromrichter über. Das erfolgt von selbst, weil der NVeg nach -;
- U versperrt ist. Während der Einschaltdauer des Hauptstromrichters hat
die Anode des Nebenstromrichters negatives Potential gegen die Kathode. Während
des Unterbrechungsvorganges in u kehrt sich die Selbstinduktionsspannung in der
Wicklung .l um; sie nimmt eine gegen - U gerichtete Richtung und eine
- U
übersteigende Größe an , und stellt dadurch ein solches Potential am Nebenstromrichter
her. daß die Anode gegen die Kathode positiv, der Lichtbogen gezündet und der Strom
l durch - U getrieben wird. Dabei speichert sich ein Teil der Energie des Magnetfeldes
in die Quelle für die Spannung - U zurück. Bei etwa gleicher absoluter Höhe der
Spannungen - U und - U wird bei abwechselnd gleicher durchschnittlicher Einschaltdauer
beider Spannungen ein einmal c#ingestelltcr Zustand des Energiegehaltes bzw. der
Zugkratt im Mittel erhalten. Altgesehen sei düb(#i von dem Ersatz der in diesem
Zusammenhang unwesentlichen, verlorengehenden Ener-,riebetrige, die eine durchschnittlich
etwas läti-ere I_ii?sch:iltdauer der die I?tierrie liefernden
Stromquelle
-- U bedingen oder eine entsprechende Erhöhung der Spannung -;- U über - U hinaus.
Der, so durch gleich lange Einschaltzeiten der Energiequelle -J-- U und des Energiespeichers
- U hergestellte Gleichgewichtszustand ist, genau betrachtet, ein schnelles Schwanken
tun einen Mittelwert. Ein solcher zeitlicher Mittelwert genügt aber für die Zwecke
der Schwebebahn. Je kürzer die einzelnen Einschaltzeiten sind, je schneller sich
die Unterbrechungen von u folgen, um so geringer werden die Beträge der Schwankungen.
Schaubildlich würde die Zugkraft, über die Zeit aufgetragen, sich dann aus einer
zackigen Kurve immer mehr der Form einer waagerechten Geraden nähern:. Es ergibt
sich im zeitlichen und praktischen Mittel ein ,gleichförmiger Zustand.
-
Ist die Gitterspannung beim HauptstromrIchter 12 dauernd über dem
Zündpotential, dann führt bei dem genannten Beispiel mit drei tausendstel Sekunden
Schließungsdauer zu ein tausendstel Sekunde üffnungsdauer des Schalters u die Energiequelle
= U rund dreimal soviel Energie zu, wie der Energiespeicher - U zurücknimmt. Der
Strom 1 in der Wicklung .1 des Elektromagneten und dessen Zugkraft steigen an. Wird
dagegen die Gitterspannung unter dem Zündpotential gehalten; so findet keine Einschaltung
des Hauptstromrichters statt. Der Strom, . der dann nach - U fließt, und die Zugkraft
sinken rasch in ihrer Stärke. Ersichtlich hängt so die Zugkraft allein von der Spannungsgestaltung
des Gitters vom Hauptstromrichter 12 ab.
-
Im nachstehenden wird an Hand von Abb.3 erläutert, wie unter Benutzung
der eingangs beschriebenen Verbesserung der Sch-,vebebahnsteuerung das vorstehende
Verfahren zur weiteren Verbesserung der Schwebebahn angewandt werden kann.
-
Die Steuerung erfolgt unter Anwendung des elektrischen Abbildverfahrens
dadurch, daß dem Gitter außer einer zur richtigen Einstellung des Zündpotentials
nötigen Vorspannung @e,, noch zwei weitere einander entgegenwirkende Spannungen
zugeführt werden, erstens eine BefehIsspamlung eb, eine Umsetzung des Befehles,
oder anders ausgedrückt: das Urbild des zu erzwingenden Zustandes in Farm eines
Gitterspannungsanteiles, zweitens eine Rückmeldespannung er,
die in Form eines
Gitterspannungsanteiles angibt, wann der befohlene Zustand, das Abbild, erreicht
ist. Ist die Befehlsspannung eb höher als die Rückmeldespannung e", so daß das Potential
am Gitter durch die Differenz er,-er stärker positiv wird gegenüber der Kathode,'
so bedeutet das den Befehl: Weitere Energiezufuhrl Die Spannung e, ist so zu bemessen,
daß der geringste positive Betrag von eb-e,- ein Zünden des Hauptstromrichters,
also Energiezufuhr, 'bewirkt, daß dagegen, wenn die Differenz eb-e, gleich Null
oder gar negativ ist, ein Aussetzen der Zündung _des Hauptstromrichters,
eine Energieabfuhr, reintritt.
-
Die notwendige Befehlsspannung eb, die hier angibt, welcher Energiezustand
im. Elektromagneten erzwungen werden muß, um den Schwebevorgang richtig zu gestalten,
läßt sich nun unter Benutzung der in der Beschreibung des Hauptpatentes und im Eingang
dieser Patentschrift angegebenen Mittel herstellen. Das Schweben erfordert nach
den' früheren Angaben in dem Elektromagneten ein Feld von solcher Induktion, die
einerseits mit dem Abstand x zwischen Magneten und Schiene wächst, was. zwangsläufig
ein Anwachsen der Zugkraft zwischen Magneten und Schiene zur Folge hat, und die
anderseits mit sich verringerndem Abstand x schwächer wird, was ein Nachlassen der
Zugkraft mit sinkendem Abstand zur Folge hat. Die Abstimmung zwischen den Schwerkräften
und magnetischen Zugkräften muh bei den Schwebewagen so sein, daß ein Gleichgewichtszustand
eintritt bei einem mittleren Abstand x = a, der Idealerweise zwischen
Magneten und Schiene herrschen soll. Zur Erzwingung dieser abstandsabhängigen Kraft-bzw.
Magnetfeldenergieregelung dient die abstandsabhängige Spannung e_r, die den einen
Anteil der Befehlsspannung darstellt.
-
Nach den vorausgegangenen Ausführungen ist weiter nötig die Herstellung
einer die Entstehung von harmonischen Schwin.gungsbewegungen dämpfenden Stromänderung,
die eine dämpfende Kraft hervorruft. Hierzu dient die Dämpfspannung ed. Diese ist
der zweite Anteil der Befehlsspannung. Die Augenblickswerte der abstandsabhängigen
Spannung ex und der Dämpfspannung ed ergeben in ihrer Summe die Befehlsspannung
eb.
-
Die Rückmeldespannung e kann bei der Schwebebahn von der Stromstärke
in der Magnetwicklung abgeleitet werden, da diese ja ein Maß des jeweiligen Energiezustandes
ist. Abb.3 zeigt die Gewinnung einer passenden Rückmeldespannung in einem Ausführungsbeispiel.
In. den Weg des Stromes I ist einreiner Wirkwiderstand 21 eingeschaltet von geringem
Betrag. Die Spannung, die der Stroml in diesem erzeugt. wird, wenn nötig, mit einer
Verstärkereinrichtung auf die erforderliche Höhe gebracht: in Abb. 3 ist diese beispielsweise
durch eine einzelne ElektronetrröhrC. 22 dargestellt. Die Verstärkereinrichtung
ist so- eingestellt zu denken. daß der von ihrer Anodenbatterie über den eingezeichneten
Widerstand die Röhre 22 durchfließende
Strom die Rückmeldespannung
e, erzeugt. Steigt der Strom 1, so wächst der Spannungsabfall am Widerstand 21,
der Strom in der Elektronenröhre 22 steigt ebenfalls, während die Spannunge, sinkt.
Wenn für geradlinige Verstärkung gesorgt wird. ist die Spannungsänderung e, dem
Strom 1 verhältnisgleich.
-
Das Zusammenwirken der Befehlsspannung . eb mit der Rückmeldespannung
e, ermöglicht die Regelung der magnetischen Kräfte. Die Herstellung der beiden Anteile
der Befehlsspannung, der abstandsabhängigen Spannung er und der Dämpfspannunged,
nach Abb.3 ist die gleiche, wie eingangs zu Abb. i beschrieben. Von der hochfrequenten,
vom Abstandssteuerorgan 15 in ihrer Höhe bestimmten Spannung am Widerstand
1.1 werden auch hier die Gitterspannungsanteile e.r und ed erzeugt. Dabei ist für
die Dämpfspannung .ed wieder eine Verstärkungs- und Gleichrichtungseinrichtung
17 vorgesehen. Bei der für die abstandsabhängige Spannung e, vorgesehenen
Einrichtung 13 kann hier unter Umständen auf die Gleichrichtung der Eingangssteuerspannung
verzichtet und diese auf Verstärkung beschränkt «-erden. Die Stromrichterzündung
hängt bekanntlich von dem Spitzenwert der Gitterspannung ab, daher braucht,-., keine
Gleichspannung zu sein, ihr Höchstwert ist für den Steuerungseinflu.13 ma13gebend.
-
Der Verlauf der Zugkraft des Elektromagneten, abhängig vom Abstand
zwischen diesem und der 'Schiene, kann nun einen ganz verschiedenen Charakter erhalten,
je nach Wahl der Steuerspannungsgrößen. Abb..l gibt hiervon ein Schaubild. Die Zugkraft
P ist dargestellt in ihrer Abhängigkeit vom Abstand x. Ist der kapazitive Widerstand
des Abstandssteuerorganes bei der 'verwendeten Hochfrequenz groß gegen den Betrag
des Wirkwiderstandes 2.1, so wird der Verlauf der Spannung e." schaubildlich über
dein Abstand x dargestellt, ungefähr eine vom Nullpunkt aufsteigende Gerade sein.
Bei passender Einstellung des Spannungszündpunktes mit Hilfe der Gittervorspannung
des Hauptstromrichters läßt sich eine Einstellung der Stromstärke im Elektromagneten
von solcher Art erreichen, daß die' Zugkraft zwischen Schiene und Magnet sich im
ganzen in Frage kommenden Bereich des Abstandes x fast unverändert gleich bleibt
lvgl. Abb.4, Gerade I:. Bei derartigem Kraftverlauf besteht keine Richtkraft, Schwerkraft
und Ztikraft gleichen sich, sie sind beide gleich 1' m.
Läßt man aber den
Widerstandswert 2.1 gegenüber dein Wert des kapazitiven Widerstandes vom Abstandssteuerorgan
15 wachsen, so verändert sich der Zugkraftverlaut so, dal bei dem Schatzbild Abb..l
die Form I aus einer Geraden bei gegen -Null strebendem Abstand x zu der Form I,,
umbiegt. Verstellt man an dem Gitter durch andere Vorspannung e" den Zündpunkt passend,
so ergibt sich statt der Geraden 1 bzw. IQ ein mehr oder weniger quadratischer Verlauf
für die Zugkraftkurve II. Mit solchem Kraftverlauf kann man im Verein mit der durch
die Dämpfspannung Cd bei den Bewegungsvor, gängen hervorgerufenen bewegungsdämpfend
wirkenden Kraftänderung den Schwebewagen auf einen bestimmten Abstand
x = a zwischen L'Icktromagnet und Schiene bannen. Es erfolgt selbsttätig
eine dauernde Wiederherstellung dieser Stellung nach Störungen, seien diese hervorgerufen
durch Fehler im Schienenlauf, durch Fliehkräfte in Gleiskrümmungen, durch Anderui_nen
der Gewichtsbelastung der Schwebelagen oder aus anderen Gründen.
-
Es ist für die Steuerung des Schwebewagens erwünscht, wenn die Richtkräfte
bei Abweichungen aus der Sollage x = a sowohl nach der einen wie nach der anderen
Seite anfänglich stark ansteigen, später jedoch nicht in gleichem Male welterwachsen.
So wäre der Zugkraftverlauf nach Kurve III (Abb. .1 i besser als nach Kurve
11. Derartige Umbildungen sind durch bekannte Mittei unschwer zu erreichen.
Beispielsweise läßt sich diese Umformung :erzielen, wenn man bei der Verstärkereinrichtung
13 irgendwo Anodenstromsättigung auftreten läßt, wenn die Spannung ain Lir
gangswiderstand 1 4 eine bestimmte Höhe überschreitet, wenn also der Abstand x über
eine bestimmte Gröle hinausgeht. Dann bricht die Kurve für die Abstandsspannung
v,, für weiter wachsenden Abstand ab: die Zugkraftkurve biegt elementsprechend aus
der Form I1 in die Form I II ab (Abb. .1 ).
-
Bei der Herstellung eines Fahrgleises für eine Schwebebahn kann es
nicht gelingen, die Lage der Schienen überall vollkommen ideal zu restalten. Der
Schienenverlauf wird innerhalb -zulässiger Grenzen von dem idealen Verlauf abweichen.
Dabei wird man unterscheiden können zwischen Abweichungen, die bei Verfolgung der
Schienen in ihrem Verlauf über die Fahrstrecke nur kurzzeitig hestehen und sich
rasch wieder ausgleichen, und zwischen Abu-eichun@gen, die einen langreitien Verlaut
nehmen. Zur Erzielung einer s:ol:',freien Fahrt der Schwebewagen wird man erstreben.
dal die Steuerung den Abstand zwischen den I:lektroiiia.glieten und den Führungsschienen
nicht s:arr auf den mittleren Sollabstand hinzwingt, . sondern in.-in wird \-:>ränclcrtni-en
des Abstandes innerhalb einer Schwankungsgrenze zuassen können, für die
Sicherheitsüberlegungen
entscheidend sind. Man wird die Kräfte sich derart einstellen lassen, daß der Schwebewagen
innerhalb dieser Grenzen bleibt; man wird aber darauf verzichten, jede kurzzeitige
Schienenlaufabweichung auszuregeln. Im Gegenteil ist es erwünscht, wenn die kurzzeitigen
Abweichungen sozusagen verschluckt werden. Die Mittel dazu liegen in erster Linie
in .einer entsprechenden Gestaltung der Zugkraftkurve. Maßgebend für die Rückführung
des Schwebewagens aus falschen Lagen ist die Richtkraft. Durch eine Gestaltung ihres
Verlaufes nach Kurve III (Abb. q.) läßt sich die Richtkraft auf ein gewolltes Höchstmaß
beschränken. Daraus folgt eine Beschränkung der Fqlgemöglichkeit des Schwebewagens
hinsichtlich des Schienenverlaufes bei schneller Fahrt. Man unterstützt das Verschlucken
der Fahrbahnunebenheiten weiter, wenn man in den Steuerstromkreisen die elektrischen
Trägheitserscheinungen nicht zu weit beschränkt, sondern ein passendes Mindestmaß
sich darin auswirken läßt. Dann überlagern sich die einzelnen Steuerimpulse aus
einer begrenzten Zeitspanne. Der Schwebewagen folgt nur dem Mittel aus einer Anzahl
verschiedener Impulse. Die Fahrt des Schwebewagens wird durch richtige Anwendung
solcher Mittel stoßfrei.