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Dokumentenidentifikation DE10345172A1 04.05.2005
Titel Spaltkühleinrichtung für Magnetlager, insbesondere Magnetschwebebahnsysteme
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Huber, Norbert, Dr., 91056 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.2003
DE-Aktenzeichen 10345172
Offenlegungstag 04.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2005
IPC-Hauptklasse H02K 9/02
IPC-Nebenklasse H02K 41/00   
Zusammenfassung Spaltkühleinrichtung für Magnetlager, insbesondere für Magnetschwebebahnsysteme, bei denen Elektromagnet und Fe-Joch durch eine Regeleinrichtung auf Abstand gehalten werden und relativ zueinander translatorisch oder rotierend bewegt werden, wobei auf wenigstens einer der Spaltwände (9, 17, 9', 17') die Luft im Spalt (3) seitlich herausführende passive Luftleiteinrichtungen angeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltkühleinrichtung für Magnetlager, insbesondere für Magnetschwebebahnsysteme, bei denen zwei beabstandete Magnete relativ zueinander translatorisch oder rotierend bewegt werden.

Die Wärmeabfuhr aus dem Spalt von translatorischen oder rotatorischen Magnetlagern ist, insbesondere bei magnetischen Schwebebahnen (Transrapid) derzeit ein ungelöstes Problem was, speziell im Falle der magnetischen Schwebebahnen, zu erhöhten Temperaturen in den Tragmagneten im hinteren Teil der Wagen führt. Dadurch wird die Lebensdauer der jeweiligen Magnete wesentlich verkürzt.

Die Untersuchungen zeigen, dass sich die im Magnetlagerspalt enthaltene Luft in Fahrtrichtung zunehmend erwärmt. Die Erwärmung kommt dabei sowohl durch Fluidreibung als auch durch Wärmeübergang aus den benachbarten Magneten zustande. Damit steht für die Wärmeabfuhr der Tragmagnete am Ende eines Wagens eine wesentlich geringere Temperaturdifferenz zur Verfügung als für die Magnete im vorderen Bereich eines Wagens.

Diese Untersuchungen haben ebenfalls gezeigt, dass der Austausch der Luft quer zum Spalt nur sehr gering ist, was letztendlich die Temperaturerhöhung der Luft im Spalt entlang der Wagen erklärt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spaltkühleinrichtung zu schaffen, die ohne Einsatz von aktiven Bauteilen, wie beispielsweise Luftgebläsen od. dgl., für eine gleichmäßige Kühlung im Spalt von Magnetlagern, insbesondere zwischen Tragmagnet und Stator/Linearmotorwicklung von Magnetschwebebahnsystemen, sorgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf wenigstens einer der Spaltwände die Luft im Spalt seitlich herausführende passive Luftleiteinrichtungen angeordnet sind, was in Weiterbildung der Erfindung besonders einfach durch beabstandete, schräg zur Bewegungsrichtung angeordnete, zueinander parallel verlaufende Luftleitrippen erfolgen kann.

Die Höhe der Rippen soll dabei zum einen deutlich kleiner sein als die Spaltweite aber größer als die Dicke der Strömungsgrenzschicht, sodass durch die im Lagerspalt durch Reibung mitbewegte Luft tatsächlich eine Luftumlenkung an den Rippen quer zur Bewegungsrichtung stattfinden kann und so auf diese Art und Weise ein Luftaustausch im Spalt zustande kommt.

Bei Magnetschwebebahnen mit Spaltweiten von ca. 8 bis 10 mm soll die Rippenhöhe deshalb bevorzugt zwischen 0,1 und 5 mm liegen, wobei die Rippen sowohl in die den Spalt begrenzende Wand eingearbeitet sein können, als auch auf die den Spalt begrenzende Wand aufgebracht werden können. Im letzteren Fall besteht dann eine größere Freiheit hinsichtlich der Materialwahl für die Rippen.

Zur weiteren Beeinflussung der durch die schräg verlaufenden Rippen erzeugten Querströmung der Luft im Spalt zwischen den Magneten können die Rippen wahlweise einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt oder aber auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und schließlich können die Rippen auch – bei nach wie vor im Wesentlichen parallelem Verlauf zueinander – gebogen sein, um eine besonders geeignete Ausströmrichtung aus dem Spalt zu ergeben.

Zusätzlich zu dem Effekt des Austausches der sich erwärmenden Luft im Spalt haben die erfindungsgemäßen Rippen – speziell dann, wenn wie bei Magnetschwebebahnen mit dem statischen Fe-Blechpaket der Linearmotorwicklung in der Fahrbahn und dem elektromagnetischen Tragmagneten im Wagenunterbau gearbeitet wird – noch den Vorteil einer sich positiv auswirkenden Erhöhung des Wärmeübergangs, weshalb die Rippen bevorzugt auf dem Tragmagneten angeordnet werden sollen. Es ergibt sich ein Kühlrippeneffekt durch Erhöhung der Oberfläche.

weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch Fahrbahn und Wagenunterbau einer Magnetschwebebahn,

2 einen vergrößerten Teilausschnitt des Magnetspalts der Anordnung nach 1,

3 eine Draufsicht auf die den Spalt begrenzende untere Wand mit den fahrzeugseitigen unteren Tragmagneten und den aufgebrachten Luftführungs-Rippen,

4 einen Ausschnitt durch Welle und Außenteil eines rotierenden Magnetlagers mit auf die Welle aufgebrachten Luftführungs-Rippen und

5 eine Ansicht der Welle in 4.

In 1 erkennt man bei 1 den Querschnitt des Fahrwegs und bei 2 den Querschnitt des Wagenunterbaus sowie die in diese eingebauten den Spalt 3 flankierenden Linearmotorwicklung 4 und den Tragmagneten 5, wobei das Fe-Blechpaket von 4 den magnetischen Fluss der bevorzugt als Elektromagnet ausgebildeten Tragmagnete 5 kurzschließt. Bei 6 ist die durch die erfindungsgemäße Spaltkühleinrichtung künstlich erzeugte Richtung des Luftqueraustausches angedeutet, die wahlweise ansaugend oder ausstoßend sein kann, je nach Richtung der erfindungsgemäßen auf eine der den Spalt begrenzenden Wände aufgebrachten Rippen. Diese schräg zur Bewegungsrichtung 7 in 3 (diese Bewegungsrichtung ist die Richtung senkrecht zur Zeichenebene in 1) verlaufenden Rippen 8 sind parallel zueinander in Abstand auf der Spaltbegrenzungswand 9 angeordnet, wobei der Winkel 10 je nach den Anforderungen des speziellen Lagers eingestellt wird. Diese Optimierung der durch die Rippen erzielten Querluftströmung kann auch durch die Höhe 12 der Rippen sowie deren Querschnittsform (dreieckig, trapezförmig, rechteckig) beeinflusst werden. Eine starke Beeinflussungsmöglichkeit ergibt sich darüber hinaus durch die Wahl des Abstandes 13 der Rippen.

Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5, die ein rotierendes Magnetlager darstellen, ist mit 14 die welle mit dem inneren Lagerteil und mit 15 die Lageraußenseite bezeichnet, wobei 16 die Drehrichtung der Welle angibt. 13 ist wiederum der Rippenabstand und 12 die Rippenhöhe, während 11 wiederum die Luftführung durch die schräggestellten Rippen im Lagerspalt bezeichnet.


Anspruch[de]
  1. Spaltkühleinrichtung für Magnetlager, insbesondere für Magnetschwebebahnsysteme, bei denen Elektromagnet und Fe-Joch durch eine Regeleinrichtung auf Abstand gehalten werden und relativ zueinander translatorisch oder rotierend bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer der Spaltwände (9, 17, 9', 17') die Luft im Spalt (3) seitlich herausführende passive Luftleiteinrichtungen angeordnet sind.
  2. Spaltkühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spaltwand (9, 17, 9', 17') beabstandete, schräg zur Bewegungsrichtung (7, 16) angeordnete, zueinander parallel verlaufende Luftleitrippen (8) angeordnet sind.
  3. Spaltkühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rippen (8) deutlich kleiner als die Spaltweite (12) und größer als die Dicke der Strömungsgrenzschicht ist.
  4. Spaltkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Magnetschwebebahnen mit Spaltweiten von ca. 8 bis 10 mm die Rippenhöhe 0,1 bis 5 mm beträgt.
  5. Spaltkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) in die den Spalt begrenzenden Wand eingearbeitet sind.
  6. Spaltkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) auf die den Spalt (3) begrenzende Wand (9, 17, 9', 17') aufgebracht sind.
  7. Spaltkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
  8. Spaltkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
  9. Spaltkühleinrichtung für Magnetschwebebahnen mit statischen oberen Fe-Blechpaket (4) im Fahrweg (1) und elektromagnetischen Tragmagneten (5) im Wagenunterbau (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) auf dem Tragmagneten (9) angeordnet sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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