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Dokumentenidentifikation DE102005007097A1 19.04.2007
Titel U-Bahn-Röhre / -Tunnel oder Schienen-Straße
Anmelder Merlaku, Kastriot, 80807 München, DE
Erfinder Merlaku, Kastriot, 80807 München, DE
DE-Anmeldedatum 16.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007097
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse E01B 2/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B61B 13/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die U-Bahn-Röhre zwischen zwei Haltestellen wird nicht mehr, wie bisher gerade waagerecht gebaut, sondern sie wird bogenförmig/U-förmig nach unten gebohrt oder mit je einem Gefälle und einer Steigung ausgestattet werden. Die Höhendifferenz sollte abhängig von der Entfernung zwischen zwei Haltestellen unterschiedlich groß und ausreichend sein, um die U-Bahn oder das Schienen-Fahrzeug durch die Schwerkraft nahezu vollständig zu bremsen und beim Anlaufen eine ausreichende Geschwindigkeit ihm zu verleihen, die ihn bis zu der nächsten Haltestelle bringt. Ein Höhenunterschied von 20 m beschleunigt das Schienen-Fahrzeug auf ca. 60 km/h. Ein Höhenunterschied von 30 m bringt sogar das Fahrzeug auf 90 km/h. Dieser Höhenunterschied sollte innerhalb von 100 bis 200 m Fahrweg ab der Haltestelle durch ein Gefälle erreicht werden. Die Schienen-Straße in dem Haltestellen-Bereich weist ein Gefälle in Fahrtrichtung auf. Die U-Bahn wird dann allein durch die Erd-Anziehungskraft rollen. Der Weg in der "Mulde" bis zu der nächsten Haltestelle kann waagerecht gebaut sein, weil das Fahrzeug nicht weiter beschleunigt werden sollte. Der Schwung reicht völlig aus, um das Fahrzeug bis zu mehrere km weit zu bringen. Kurz vor der Einfahrt in die Haltestelle soll die Schienen-Straße eine Steigung aufweisen, die das Fahrzeug bremst.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein öffentliches Verkehr-System, das für die Personen-Förderung benutz wird, die öfters oder an mehrer Haltestellen anhalten müssen, vorzugsweise U-Bahn oder Schienen-Verkehr-Fahrzeuge.

Es ist bekannt, dass die Schienen-Fahrzeuge sehr wirtschaftlich sind und bestens für Stadtverkehr geeignet. Daher kein Wunder, dass in Gross-Städte sehr viele Tram- und U-Bahn verkehren.

Es ist ebenfalls bekannt, dass z.B. die U-Bahn-Fahrzeuge die meiste Energie beim Anlaufen und beim Brems-Vorgang verschwenden. Die Energie die notwendig ist, eine U-Bahn in Bewegung zu setzten ist vielfach höher, als die notwendige Energie für die Erhaltung der Geschwindigkeit. Beim Bremsen, geht diese Energie nahezu vollständig verloren. Es gibt zahlreiche Versuche, die Bremsenergie zu speichern, leider ohne den gewünschten Erfolg. Batterie-Speicher-Systeme, Transformatoren und Generatoren, bzw. Elektromotoren-Schaltung, die den Elektromotor zum Generator macht, wenn das Fahrzeug gebremst werden muss, sind öfters eingesetzt worden, um die Brems-Energie zu erhalten. Durch die mehrfache Umwandlung der Energie geht sie weitgehend verloren. Auch die elektrischen Energie-Speicher-Geräte arbeiten heutzutage nicht sehr effizient. Es wird in der Regel nur ein kleiner Teil der zugefügten Energie wiedergegeben.

Der in den Patentansprüchen 1 bis 9 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verkehrs-System zu schaffen, das in der Lage ist, umweltfreundlich und extrem sparsam die Menschen oder Güter zu zumindest in Stadtbereich transportieren.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 9 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

  • – sehr umweltfreundliche Transport-System,
  • – wenig Verschleiß des Transportmittels,
  • – sparsam.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 5 erläutert. Es zeigen:

1 eine U-Bahn-Röhre, die U-förmig gebaut ist,

2 eine Schienen-Strasse, die im Freien verlegt ist,

3 die Tief-Punkt-Verlegung der Schienen-Strasse,

4 ein theoretisches Beispiel für die Erreichbarkeit verschiedene Punkte,

5 eine U-Bahn, die in eine Haltestelle mit Beschleunigungs-Bereich steht.

Das Potential als Funktion auf dem Konfigurationsraum gibt die potentielle Energie einer Konfiguration an. Beispielsweise schreibt die Newton'sche Mechanik einer Kugel eine potentielle Energie zu, die ihrer Höhe proportional ist. Fällt die Kugel herab, so verliert sie an potentieller Energie, gewinnt dabei aber an kinetischer Energie, so dass die Gesamtenergie die ganze Zeit über konstant bleibt, wenn nicht durch Reibung Energie an die Umwelt abgegeben wird. Die Gesamtenergie ist eine Erhaltungsgröße. Dieser Umstand ermöglicht einige einfache Vorhersagen, z.B. dass die Kugel nach den Rückprallen vom Boden wieder auf dieselbe Höhe steigen wird. Im Fall einer Kugel, die auf einer gekrümmten Fläche rollt, ist das Schwerkraft-Potential proportional der Höhe. In einer „Mulde" liegt ein stabiles Gleichgewicht vor, auf einem „Gipfel" ein instabiles; d. h., wenn man die Kugel ein wenig aus der Gleichgewichtslage stört, so schwingt sie um ein stabiles Gleichgewicht herum. Die Gesamtenergie der Kugel liegt in einer bestimmten Höhe. Diese Höhe kann sie nicht überschreiten, denn immer wenn sie diese Höhe erreicht, ist die potentielle Energie gleich der Gesamtenergie, folglich ist die kinetische Energie und damit auch die Geschwindigkeit Null, und die Kugel muss umkehren und sich bergab begeben. Sie kann in einen „Talkessel" eingeschlossen sein, wenn die Gesamtenergie niedriger ist als die Höhe des umgebenden Gebirges. Ebenso lässt sich aus der Gesamtenergie ablesen, ob die Kugel einen „Potentialwall" überwinden kann oder nicht. Wenn man mehrere solche Mulden und Gipfel hintereinander baut und die Kugel zum Rollen von dem ersten Gipfel mit einem kleinen Anstoß herablässt, dann bewegt sich die Kugel in dem Gipfel herunter bis zum Tal mit einer zunehmenden Geschwindigkeit. In der Mulde ist ihre Geschwindigkeit maximal. Die Kugel bewegt sich in dem anderen Gipfel hoch. In dem Fall dass der zweite Gipfel nicht höher als der andere Gipfel liegt und weil die Kugel noch einen kleinen Anstoss bekommen hat, überwindet sie diese Höhe und bewegt weiter auf die anderen Seite des Gipfels in dem zweiten Tal hinunter. Falls der Gipfel nicht mit einer Spitze endet sondern mit einem Stumpf der waagerecht und ein paar cm lang ist, dann bewegt sich die Kugel auf die waagerechte Fläche sehr langsam (mit der Geschwindigkeit, die wir der Kugel beim Anstoss gegeben haben).

Das gleiche Prinzip wird hier bei dem Schienen-Verkehr verwendet. Der Zug soll zwischen zwei Gipfel (Haltestellen) durch seine potentielle Energie rollen. Natürlich bei maximaler Geschwindigkeit sollen der Antrieb (die Elektromotoren) des Zugs eingeschaltet (vergleichsweise mit unserer Anstoss-Kraft an die Kugel) werden um die Reibungskraft und die eventuelle Höhenunterschiede zwischen zwei Haltestellen zu kompensieren.

Die U-Bahn-Röhre 1 zwischen zwei Haltestellen 2 wird nicht mehr, wie bisher gerade waagerecht gebaut, sondern sie wird bogenförmig/U-förmig nach unten gebohrt oder mit je einem Gefälle und einer Steigung ausgestattet werden. Die Höhendifferenz zwischen der Haltestelle und der „Mulde" sollte abhängig von der Entfernung zwischen zwei Haltestellen unterschiedlich gross und ausreichend sein, um die U-Bahn oder das Schienen-Fahrzeug 3 durch die Schwerkraft nahezu vollständig zu bremsen und beim Anlaufen, eine ausreichende Geschwindigkeit ihm zu verleihen, die ihn bis zu die nächste Haltestelle bringt. Ein Höhenunterschied von 20m beschleunigt das Schienen-Fahrzeug auf ca. 60km/h. Ein Höhenunterschied von 30m bringt sogar das Fahrzeug auf 90km/h. Dieser Höhenunterschied sollte innerhalb von 100 m Fahrweg ab der Haltestelle durch ein Gefälle erreicht werden. Im Idealfall ist die Geschwindigkeit ein wenig höher, aber hier muss man auch die Reibungskräfte berücksichtigen. Die Schienen-Strasse 4 in dem Haltestellen-Bereich weist ein Gefälle 5 in Fahrtrichtung auf. Die U-Bahn wird dann allein durch die Erd-Anziehungskraft rollen. Innerhalb von 100m erreicht er seine maximale Geschwindigkeit und fährt auf diese Weise weiter bis zu die nächste Haltestelle mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit weiter. Der Weg 6 in der Mulde 10 bis zu der nächsten Haltestelle kann waagerecht gebaut sein, weil das Fahrzeug nicht weiter beschleunigt werden sollte. Der Schwung reicht völlig aus, um das Fahrzeug bis zu mehrere km weit zu bringen. Kurz vor der Einfahrt in die Haltestelle soll die Schienen-Strasse eine Steigung 7 aufweisen, die das Fahrzeug durch die Schwerkraft bremst. Die Bremsung erfolgt sehr sanft. Die Geschwindigkeit wird bis auf ein paar km/h oder Schritt-Tempo reduziert. Mit dieser Geschwindigkeit fährt das Fahrzeug in die Haltestelle ein. Noch in der Haltestelle, in den letzten Metern kommt das Gefälle, die das Fahrzeug bei der Abfahrt beschleunigen wird. Das Fahrzeug muss dann durch Bremsen gebremst werden um nicht gleich wieder zu rollen. Sobald die Fahrgäste eingestiegen sind, dann löst der Fahrer die Bremse. Das Fahrzeug beginnt zu rollen und mit jeden Meter, den er ausserhalb der Haltestelle zurücklegt, wird er schneller, weil immer mehr Gewicht auf das Gefälle kommt. Natürlich nimmt das Fahrzeug eine schräge Lage nach vorne, dass aber von dem Passgieren nicht als unangenehm empfunden wird, weil das Fahrzeug oder der Zug sich zeitgleich vorwärts sich beschleunigt. Dieser Effekt ist ähnlich wie bei der Kurvenfahrt, wobei die Kurven-Außen-Schiene ein wenig gehoben gebaut ist. In diesem Fall spüren die Fahrgäste, wenn der Zug mit einer bestimmten Geschwindigkeit fährt, fast keine Fliehkräfte mehr, weil diese durch die Schienen-Neigung kompensiert wird. Solche Techniken werden übrigens auch in bekannten ICE mit Neigungstechnik verwendet.

Die Beschleunigung des Fahrzeugs durch die schräge Fahrbahn nach vorne sowie die Bremsung durch die Steigung können die Fahrzeit des Fahrzeugs deutlich kürzen. Durch eine steile Steigung kann das Fahrzeug innerhalb Sekunden gebremst werden, ohne dass die Fahrgäste unter Brems-Kräfte-Wirkung leiden müssen. Sie werden den Bremsvorgang nur wenig spüren.

Natürlich wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wegen der Luftwiderstand ständig abnehmen, aber das kann leicht durch Elektroantrieb kompensiert werden. Immerhin wird dabei nur ein Bruchteil der Energie verbraucht, die eine herkömmliche U-Bahn in eine herkömmliche U-Bahn-Röhre verbrauchen würde. Die Elektromotoren 8 werden erst bei voller Fahrt eingeschaltet, was einen minimalen Energie-Verbrauch verursacht. Sogar der schlagartige Netz-Belastungs-Moment, der beim Einschalten eines Elektromotors in Ruhe passiert, trifft hier nicht ein, weil die Elektromotoren sich bei hoher Drehzahl eingeschaltet werden. Falls die nächste Haltestelle ein wenig tiefer als die erste liegt, dann kommt man sogar ganz ohne Strom von einer Haltestelle in die andere. Wenn die ganze Reihe der Haltestellen so gebaut sind, dass immer die nächste tiefer als die andere liegt, dann kann man die ganze Strecke stromlos überwinden. Nur die Rückfahrt würde dann Strom verbrauchen. Für Versuchszwecke kann ein Pendelzug gebaut werden, der zwischen zwei Haltestellen in den U-förmigen U-Bahn-Tunnel hin und her pendelt.

Das System ist perfekt für Stadtverkehr geeignet. Die Strecken dort sind kurz (von ein paar hundert Meter bis zu ein paar km). Der Schwung des Fahrzeugs reicht völlig aus um diese Strecken zu überwinden. Der Transport wäre nahezu kostenlos, weil der Energie-Verbrauch nur minimal wäre. Theoretisch könnte man solche Röhren auch für längere Strecken bauen, das wäre jedoch ziemlich teuer. Da die Erde 9 rund ist, wäre jedes Punkt der Erde auf diese Weise erreichbar (4). Man könnte auch die Schienen im freien so bauen, dass sie in dem Bereich zwischen zwei Haltestellen tiefer gelegt sind, wobei die Gefälle und die Steigung für die Beschleunigung und Brems-Vorgang benutzt werden können (2).

In der 5 ist das System dargestellt worden, wobei die praktische Umsetzung betont wird. Anstatt dass der ganze Haltestellenbereich schräg in Fahrtrichtung gebaut wird, wird nur ein kurzer Teil an einem Ende des Bereichs in der Fahrtrichtung schräg nach vorne gebaut. Das Teil dient als Beschleunigungs-Bereich 11 für die U-Bahn. Das ist vorteilhaft, weil nicht die ganze U-Bahn 12 schräg in der Haltestelle steht, sondern nur der vordere Wagen oder am besten nur der Lok 13. Es können dafür schwere kurze Loks konzipiert werden, dessen Aufgabe ist, den ganzen Zug durch das Gewicht ins Rollen zu bringen, auch wenn die anderen Wagons des Zugs in einen geraden waagerechten Schienen-Bereich sich befinden. Die U-Bahn-Tunnel kann so gebaut werden, dass die Haltestellen immer über der Erde, wobei die Tunnel-Röhren unterirdisch U-förmig verlaufen.

1
U-Bahn-Röhre
2
Haltestellen
3
Schienen-Fahrzeug
4
Schienen-Strasse
5
Gefälle
6
Weg
7
Steigung
8
Elektromotoren
9
Erde
10
Mulde/Tal
11
Beschleunigungs-Bereich
12
U-Bahn
13
Lok


Anspruch[de]
U-Bahn-Röhre/-Tunnel oder Schienen-Strasse, dadurch gekennzeichnet, dass sie vor dem Haltestellenbereich eine Steigung in Fahrtrichtung, die die das Fahrzeug während der Einfahrt durch die Schwerkraft bremst oder verlangsamt und an den Haltestellenbereich oder einem Teil des Haltestellenbereichs oder kurz nach der Haltestelle eine Gefälle, die das Fahrzeug beschleunigt, aufweist. U-Bahn-Röhre/-Tunnel oder Schienen-Strasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der U-Bahn-Röhre oder der Schienen-Strasse, der zwischen zwei Haltestellen sich befindet, bogenförmig oder muldenförmig gebaut ist, wobei der tiefste Punkt/Bereich angenähert in der Mitte des Abschnitts/Mulde befindet und die beiden Höhen-Punkte/Gipfel die Haltestellen darstellen. U-Bahn-Röhre oder Schienen-Strasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen-Strasse in dem Haltestellenbereich zumindest teilweise waagerecht ist oder ein wenig schräg nach unten in Fahrtrichtung gebaut ist. U-Bahn-Röhre oder Schienen-Strasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der tiefste Bereich in der Schienen-Strasse so tief verlegt ist, dass die Fall-Energie/potentielle Energie des Schienen-Fahrzeugs für die Überquerung der Distanz zwischen zwei Haltestellen ausreichend ist. U-Bahn-Röhre oder Schienen-Strasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tiefste Punkt in der Schienen-Strasse nicht in der Mitte zwischen den beiden Haltestellen sondern näher an eine der Haltestellen sich befindet. Schienen-Transport-System für Personen oder Güter, bestehend aus mindestens einem Schienen-Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens einer U-Bahn-Röhre/-Tunnel, die/der unterirdisch U-förmig oder „mulden"-förmig mit der Biegung nach unten oder mit einem Tiefbereich zwischen zwei Haltestellen gebaut ist, wobei die Bergabfahrt in Fahrtrichtung nach der ersten Haltestelle das Schienen-Fahrzeug beschleunigt und wobei die Steigung vor der zweiten Haltestelle in Fahrtrichtung das Schienen-Fahrzeug bremst, besteht (1). Schienen-Transport-System für Personen oder Güter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienen-Fahrzeug mit eine automatische oder manuelle Steuerung, die einen Elektro-Antrieb ungefähr bei erreichen der maximalen Geschwindigkeit kurzzeitig oder bis zur Steigung einschaltet und die Erhaltung der Gipfel-Überwindungs-Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht, ausgestattet ist. Schienen-Transport-System für Personen oder Güter nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass

– nur ein kurzes Teil des Haltestellenbereichs an einem Ende schräg nach unten in Fahrtrichtung gebaut ist und als Beschleunigungs-Strecke für den anhaltenden Zug dient,

– das Schienen-Fahrzeug einen kurzen und schweren Lok aufweist, dass während des Aufenthalts des Zuges in die Haltestelle in den schrägen Bereich steht, wobei das andere Teil des Zugs, in dem die Fahrgäste ein-/aussteigen waagerecht steht.






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