LADRA, Uwe (Karl-May-Str. 12, Erlangen, , 91056, DE)
RECKTENWALD, Alois (Zum Flughafen 16, Herzogenaurach, , 91074, DE)
STOIBER, Dietmar (Kaiserplatz 4, Fürth, , 90763, DE)
HAMANN, Jens (Marie-Juchacz-Str. 11, Fürth, , 90765, DE)
LADRA, Uwe (Karl-May-Str. 12, Erlangen, , 91056, DE)
RECKTENWALD, Alois (Zum Flughafen 16, Herzogenaurach, , 91074, DE)
STOIBER, Dietmar (Kaiserplatz 4, Fürth, , 90763, DE)
Patentansprüche
1. Fahrzeugantriebssystem mit
— einer entlang eines Fahrweges beweglichen Antriebskette, die eine Läufereinheit eines Asynchronmotors bildet,
- zumindest einer an einem Fahrzeug vorgesehenen Magneteinrichtung, die zur Kraftübertragung von der Antriebskette auf das Fahrzeug mit der Antriebskette magnetisch koppelbar ist .
2. Fahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, bei dem die Antriebskette entlang eines zweiten im wesentlichen parallelen Fahrweges umlaufend beweglich ist.
3. Fahrzeugantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem am Fahrzeug eine zweite Magneteinrichtung vorgesehen ist, die mit einer zweiten entlang des Fahrweges gegenläufig bewegli ¬ chen Antriebskette magnetisch koppelbar ist.
4. Fahrzeugantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kraftübertragung von der Antriebskette auf das Fahrzeug durch Einstellung eines vorgebbaren Luftspalts zwischen der Antriebskette und der Magneteinrichtung regulierbar ist.
5. Fahrzeugantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
Elemente der Antriebskette als Elemente eines Asynchronkäfig- läufers ausgestaltet sind.
6. Fahrzeugantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zumindest eine Magneteinrichtung als Permanentmagnetanordnung ausgestaltet ist.
7. Fahrzeugantriebseinheit mit - einer Magneteinrichtung, die zur Kraftübertragung von einer Antriebskette auf ein Fahrzeug mit der Antriebskette magne ¬ tisch koppelbar ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zumindest eine umlaufende Antriebskette mit im wesentlichen konstanter Umlaufgeschwindigkeit betrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs in Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung beschleunigt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs entgegen der Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung abgebremst wird.
11. Steuerungsprogramm zum Betrieb eines Fahrzeugantriebssys ¬ tems nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das in einen Arbeits ¬ speicher eines Rechners ladbar ist und zumindest einen Code ¬ abschnitt aufweist, bei dessen Ausführung — zumindest eine umlaufende Antriebskette mit im wesentlichen konstanter Umlaufgeschwindigkeit betrieben wird, — ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs in Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung beschleunigt wird,
- ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs entgegen der Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung abgebremst wird, wenn das Steuerungsprogramm im Rechner abläuft. |
Fahrzeugantriebssystem, Fahrzeugantriebseinheit, Verfahren und Steuerungsprogramm zum Betrieb eines Fahrzeugantriebssys ¬ tems
Insbesondere bei Containerhafenanlagen besteht das Bedürfnis nach Antriebssystemen, mit denen große Lasten schnell bewegt werden können, um auf diese Weise Umschlagszeiten für in Containern transportierten Gütern zu minimieren. Bisherige Rad- Schiene-Systeme können diese Anforderungen speziell bei sehr großen Containerhafenanlagen aufgrund verhältnismäßig geringer maximaler Beschleunigung im Bereich von ca. 0,4 m/s 2 und sich daraus ergebender langer Transportzeiten nur ansatzweise erfüllen. Deutlich bessere Beschleunigungswerte und höhere Geschwindigkeiten bieten in W. -R. Canders et al . „Linear Motor Transfer Technology (LMTT) for Container Terminals" LDIA '98 Tokyo, Japan beschriebene Linearmotorsysteme.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der vorlie ¬ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Fahrzeugantriebssystem anzugeben, das einen schnellen Transport schwerer Lasten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeugan ¬ triebssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine für das erfindungsgemäße Fahrzeugantriebssystem geeignete Fahrzeugantriebseinheit sowie ein Verfahren und ein Steuerungsprogramm zum Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems sind in den Ansprüchen 7, 8 und 11 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine entlang eines Fahrweges bewegliche Antriebskette vorgesehen ist, die eine Läufereinheit eines Asynchronmotors bildet, und daß das erfindungsgemäße Fahrzeugantriebssystem zumindest eine an einem Fahrzeug vorgesehene Magneteinrich ¬ tung aufweist, die zur Kraftübertragung von der Antriebskette auf das Fahrzeug mit der Antriebskette magnetisch koppelbar ist. Ein solches Fahrzeugantriebssystem erlaubt für Lasten von mehr als 100t Gewicht Beschleunigungen mit mindestens 1 m/s 2 .
Ein besonders günstiger Systemaufbau ergibt sich bei einem System mit mehreren im wesentlich parallelen Fahrwegen, wenn die Antriebskette entlang eines zweiten im wesentlichen pa- rallelen Fahrweges umlaufend beweglich ist. Vorzugsweise ist am Fahrzeug eine zweite Magneteinrichtung vorgesehen, die mit einer zweiten entlang des Fahrweges gegenläufig beweglichen Antriebskette magnetisch koppelbar ist. Hierdurch kann eine Antriebskette für mehrere Fahrwege gleichzeitig zum Beschleu- nigen oder Bremsen genutzt werden.
Zur bedarfsgerechten Regelung von Beschleunigung und Verzögerung ist die Kraftübertragung von der Antriebskette auf das Fahrzeug durch Einstellung eines vorgebbaren Luftspalts zwi- sehen der Antriebskette und der Magneteinrichtung regulierbar .
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind Elemente der Antriebskette als Elemente eines Asynchronkäfigläufers ausgestaltet, und die zumindest eine
Magneteinrichtung ist als Permanentmagnetanordnung ausgestaltet. Hieraus resultiert ein einfach zu realisierender Systemaufbau .
Eine für das Fahrzeugantriebssystem gemäß Anspruch 1 geeignete Fahrzeugantriebseinheit umfaßt erfindungsgemäß eine Mag ¬ neteinrichtung, die zur Kraftübertragung von einer Antriebs- kette auf ein Fahrzeug mit der Antriebskette magnetisch kop ¬ pelbar ist.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugantriebssystems wird zumindest eine umlaufende Antriebskette mit im wesentlichen konstanter Umlaufgeschwindigkeit betrieben. Vorzugsweise wird ein Fahrzeug durch Her ¬ stellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs in Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung beschleunigt.
Ein Abbremsen eines Fahrzeugs erfolgt vorzugsweise durch Her ¬ stellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs entgegen der Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung.
Darüber hinaus bietet ein geregeltes Beschleunigen mittels einer sich in Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und ein geregeltes Bremsen mittels einer sich entgegen der Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette den Vorteil einer sehr genauen Positionierbarkeit des Fahrzeugs.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugan ¬ triebssystems wird bevorzugt durch ein Steuerungsprogramm implementiert, das in einen Arbeitsspeicher eines Rechners ladbar ist. Das Steuerungsprogramm weist zumindest einen Codeabschnitt auf, bei dessen Ausführung zumindest eine umlau ¬ fende Antriebskette mit im wesentlichen konstanter Umlaufge ¬ schwindigkeit betrieben wird, wenn das Steuerungsprogramm im
Rechner abläuft. Außerdem wird ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs in Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung beschleunigt. In ent- sprechender Weise wird ein Fahrzeug durch Herstellen einer magnetischen Kopplung zwischen einer sich entlang des Fahrwegs entgegen der Fahrtrichtung bewegenden Antriebskette und einer dieser zugewandten Magneteinrichtung abgebremst.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die
Figur ein schematisch dargestelltes Fahrzeugantriebssys ¬ tem in der Draufsicht.
Ein in der Figur dargestelltes Fahrzeug 11, 12 wird über eine asynchrone Magnetkupplung angetrieben. Dazu sind Permanent ¬ magnete 111, 121 an Seitenflächen des Fahrzeugs 11, 12 ange ¬ bracht. Entlang eines Fahrweges 4 befinden sich jeweils zu beiden Seiten des Fahrzeugs 11, 12 umlaufende Reaktionsteil ¬ ketten 21 - 23, deren Elemente 211, 221, 231 als Elemente ei ¬ nes Asynchronkäfigläufers ausgestaltet sind und durch einen drehfeiderzeugenden Stator 31 -33 erregt werden. Die Elemente 211, 221, 231 können geblecht oder massiv sein, unterschied- liehe Formen aufweisen sowie aus Kupfer oder Aluminium sein.
Die umlaufenden Ketten 21 - 23 sind geschwindigkeitsgeregelt und brauchen nur einmal beim Hochlauf beschleunigt zu werden. Wegen ihres großen Trägheitsmomentes dienen die Ketten 21 -23 als Schwungspeicher. Damit zur Induzierung von Strömen in den Elementen 211, 221, 231 eine Flußänderung vorhanden ist, müssen die Ketten 21 -23 mit einer größeren Geschwindigkeit als
die Fahrzeuge 11, 12 umlaufen, deren Geschwindigkeit etwa 300 m/min beträgt.
über eine Abstandsregelung wird der Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 111, 121, die vorzugsweise aus Ferrit be ¬ stehen, und den Elementen 211, 221, 231 der Reaktionsteilketten 21 - 23 verändert. Zur Einstellung einer Kraftübertragung auf die Fahrzeuge 11, 12 wird damit ein Induktions- bzw. Flußniveau vorgegeben, wodurch eine genaue Positionierung der Fahrzeuge 11, 12 ermöglicht wird. Grundsätzlich ist damit ei ¬ ne Positioniergenauigkeit von 10 mm realisierrbar .
Mit dem vorliegenden Fahrzeugantriebssystem auf Basis einer asynchronen Magnetkupplung können Beschleunigungswerte von über 1 m/s 2 realisiert werden. Ein großer Vorteil bei diesem Antriebskonzept ist die Energieübertragung auf den Kettenantrieb als feststehendem System. Auf die Fahrzeuge 11, 12 wird grundsätzlich nur Energie für die Abstandsregelung der Permanentmagnete 111, 121 zu den 211, 221, 231 der Reaktionsteil- ketten 21 - 23. Da dieser Energiebedarf sehr gering ist, kann die Energieversorgung der Fahrzeuge 11, 12 sogar mit Akkus in oder auf den Fahrzeugen 11, 12 erfolgen.
Die an den Außenseiten der Fahrzeuge 11, 12 vorbeilaufenden Reaktionsteilketten 21 - 23 haben entlang eines Fahrweges 4 für ein Fahrzeug 11, 12 entgegengesetzte Laufrichtungen. Zu welcher Reaktionsteilketten 21 - 23 über die Permanentmagnete 111, 121 eingekoppelt wird, legt die Bewegungsrichtung des jeweiligen Fahrzeugs 11, 12 fest. Zusätzlich können Brems- kräfte über den Kettenantrieb aufgebracht werden, wenn eine ziehende Kettenseite ausgekoppelt und eine entgegengesetzt laufende Kettenseite eingekoppelt wird.
Darüber hinaus können die Fahrzeuge 11, 12 auch innerhalb der Reaktionsteilketten 21 - 23 angeordnet werden. Ein Einkoppeln eines Fahrzeugs über die Permanentmagnete erfolgt in diesem Fall an den Innenseiten einer Reaktionsteilkette 21 - 23. Die Bewegungsrichtung ergibt sich auch hier daraus, zu welcher Seite eingekoppelt wird.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.