Anwendung des Linearmotors am Beispiel des Transrapids
Dieses Projekt realisiert das Prinzip des Transrapids mit einer Magnetschwebebahn, welche durch 40V Drei-Phasen-Drehstrom angetrieben wird.
Funktionsprinzip und Energieversorgung
In dieser Projektarbeit wurde eine Magnetschwebebahn entworfen und in Eigenarbeit gebaut, welche die Prinzipien des Transrapids in sich trägt. Es wurden dabei viel mit Magnetfeldern und dem Prinzip des Linearmotors gearbeitet. Hierbei spielen physikalische Gesetze wie die Lorentzkraft und Wanderfelder wie beim Transrapid eine bedeutende Rolle, in welchem ein elektromagnetisches Antriebssystem quasi die Funktion der Räder und Schienen eines normalen Zuges übernimmt und somit für eine nahezu reibungsfreie Fortbewegung sorgt. Auch dieses Modell arbeitet mit kontaktloser Fortbewegung sowie einem Antrieb, welcher sich in dem Stator, also außerhalb des Fahrzeugs befindet. Die Kraftübertragung des Modells gelang wie beim Transrapid ganz ohne Schleifkontakte.
Als Energieversorgung der Spulen dient ein Drei-Phasen-Drehstromtransformator, welcher 400V/50Hz Drehstrom in 40V/50Hz Drehstrom umwandelt. Im Versuchsaufbau wird jeweils zwischen zwei Phasen des Drehstroms aus dem Netz eine Spule geschaltet und mittels der Spulen des Transformators die 40 V erreicht. Aufgrund der Phasenverschiebung der drei Drehstromphasen kann der Drehstrom direkt als Spannungsversorgung des 3-Phasen Linearmotors, oder des Transrapids verwendet werden.
Aufbau des Fahrzeugs
Um ähnlich wie beim Transrapid einen möglichst reibungsfreien Lauf des Modelles zu erzeugen, befinden sich auf der Fahrbahn wie auch auf dem beweglichen Fahrzeug insgesamt 58 Neodymmagneten des Typs N45 Nickel, mit den Maßen 20*30*3 mm. Die Dauermagneten von Fahrbahn und Fahrzeug sind entgegengesetzt gepolt und stoßen sich ab. Sie befinden sich unter der Plastikverkleidung und sind in der Lage das Modell in eine Schwebehöhe von ungefähr 3cm zu halten.
Es werden Kugellager zur seitlichen Führung montiert. Diese Kugellager sind horizontal angebracht und sorgen für ein zentriertes Fahren. Die zwei unteren Kugellager waren anfangs nicht eingeplant. Sie sind die Lösung eines weiteren Problems, welches sich mit der Zeit herausstellte. Neben dem linearen Wanderfeld, welches von den Spulen erzeugt wird, entsteht zusätzlich noch eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung. Dieses sorgt für eine Schieflage des Fahrzeuges und dadurch für größere Reibungskräfte. Diese theoretische Schieflage ist auch noch mal in der linken Abbildung verdeutlicht. Die zwei unteren Kugellager lösen dieses das Problem.
Kugellager und Linearmotor
Es werden Kugellager zur seitlichen Führung montiert. Diese Kugellager sind horizontal angebracht und sorgen für ein zentriertes Fahren. Die zwei unteren Kugellager waren anfangs nicht eingeplant. Sie sind die Lösung eines weiteren Problems, welches sich mit der Zeit herausstellte. Neben dem linearen Wanderfeld, welches von den Spulen erzeugt wird, entsteht zusätzlich noch eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung. Dieses sorgt für eine Schieflage des Fahrzeuges und dadurch für größere Reibungskräfte. Diese theoretische Schieflage ist auch noch mal in der linken Abbildung verdeutlicht. Die zwei unteren Kugellager lösen dieses das Problem.
Schwebeeffekt
Wie bereits erläutert wurde der Schwebeefekt durch das gegenseitige abstoßen von Neodymmagneten verwirklicht.
Allgemeine Informationen
Magnetform Quader
Material / Werkstoff Neodym (NdFeB)
Magnetisierung N45
Magnetisierungsrichtung über Maß 2 mm (Polflächen auf den großen Flächen)
Beschichtung Nickel-Kupfer-Nickel (Ni-Cu-Ni)
Haftkraft (*) ca. 4,5 kg
Mechanische Eigenschaften
Länge L 40 mm
Breite B 20 mm
Höhe H 2 mm
Toleranz ± 0,1 mm
Gewicht ca. 12 g
Volumen ca. 1.600 mm³
Magnetische Eigenschaften
Remanenz (Br) 1,33 - 1,36 T
Koerzitivfeldstärke (HcB) > 920 kA/m
Koerzitivfeldstärke (HcJ) > 955 kA/m
Energieprodukt (BHmax) 342 - 358 kJ/m³
max. Einsatztemperatur 80 °C
Herstellverfahren gesintert
