WO2011023276A1 - Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Magnetpol für Magnetschwebefahrzeuge beschrieben, der einen Eisenkern (1), eine auf diesen aufgebrachte Wicklung (6), einen einer unteren Anlagefläche (3) des Eisenkerns (1) anliegenden Magnetrücken (4) und eine die Wicklung (6) und eine obere Polfläche (2) des Eisenkerns (1) umhüllende Schutzschicht (9) enthält. Die Schutzschicht (9) weist in einem unteren Bereich des Eisenkerns (1) einen an dessen Umfangsfläche (5) grenzenden Abschnitt (15) aus einem elastischen Material auf.

Description

Magnetpol für Magnetschwebefahrzeuge und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Magnetpol der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Magnetpole der genannten Art werden in Magnetschwebefahrzeugen und hier z. B. in Magnetanordnungen von Tragmagneten verwendet. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Eisenkern und einer Wicklung in Form eines auf die Umfangsfläche des Eisenkerns aufgewickelten Bandes aus Aluminium od. dgl. (z. B. DE 197 03 497 Al, DE 10 2004 011 941 Al). Zum Schutz vor Umwelteinflüssen wie z. B. Feuchtigkeit sind die Magnetpole außerdem mit einer Schutzschicht aus einem Kunststoff umhüllt, der z. B. aus einem Epoxidharz besteht, vergleichsweise hart, verschleißfest und unflexibel ist und dem Schutz vor Korrosion und mechanischer Beanspruchung dient.

Die Unterseiten der Eisenkerne bleiben in der Regel frei von Schutzschichten. Hauptgrund hierfür ist der Umstand, dass die Unterseiten mehrerer Magnetpole einer

Magnetanordnung aus magnetischen und anderen Gründen in der Regel durch sogenannte Magnetrücken miteinander verbunden werden, die ebenfalls aus Eisen bestehen und mittels Federn od. dgl. gegen die Unterseiten der Eisenkerne gedrückt werden (z.B. DE 34 10 119 C2, DE 10 2004 012 743 Al). Aufgrund dieser Maßnahme werden

die Wicklungen meistens so auf den Eisenkern gewickelt, dass zwischen ihnen und den Unterseiten der Eisenkerne bzw. den Oberseiten der Magnetrücken ein schmaler Spalt verbleibt und die Wicklungen daher trotz üblicher Toleranzen stets die gewünschte satte Anlage der Magnetrücken an den Unterseiten der Kerne ermöglichen. Die

Schutzschichten grenzen daher in diesen Bereichen seitlich an die Umfangsflächen der Eisenkerne.

Beim Betrieb derartiger Magnetpole werden vergleichsweise hohe Ströme durch die Wicklungen geleitet und die Wicklungen daher stark erwärmt. Das hat aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten von Eisen und dem Wicklungsmaterial zur Folge, dass sich die Wicklungen in radialer Richtung stärker als die Eisenkerne ausdehnen. Dadurch ergibt sich die Gefahr, dass die Reißdehnung der üblicherweise verwendeten und mit den Wicklungen fest verbundenen Schutzschichten an kritischen Stellen weit überschritten wird. Als kritisch haben sich in diesem

Zusammenhang vor allem diejenigen Stellen erwiesen, an denen die Schutzschichten seitlich an die Umfangsflächen der Eisenkerne grenzen.

Besonders starken mechanischen Beanspruchungen unterliegen die Schutzschichten in den kritischen Bereichen dann, wenn die mit den Magnetpolen versehenen Elektro- magnete zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, wie dies z. B. bei Tragmagneten eines Magnetschwebefahrzeugs aufgrund des ständigen Wechsels zwischen Fahrbetrieb und Fahrpausen erfolgt. Als Folge davon entstehen Risse in den Schutzschichten und/oder Spalte zwischen den Umfangsflächen der Eisenkerne und den an diese angrenzenden Stirnflächen der Schutzschichten, so dass Feuchtigkeit in das Innere der Magnetpole eindringen und mit der Zeit die Isolierung zwischen den Wicklungen und den Eisenkernen zerstören kann. Dadurch bedingte Leckströme machen, wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, die Magnetpole unbrauchbar.

Ausgehend davon besteht das technische Problem der vorliegenden Erfindung darin, den gattungsgemäßen Magnetpol so auszubilden, dass ein Reißen der Schutzschicht in den kritischen Bereichen reduziert und die Lebensdauer des Magnetpols dadurch merklich erhöht wird. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung des Magnetpols angegeben werden.

Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 4.

Durch die Erfindung wird eine deutliche Verbesserung der Umweltbeständigkeit der Magnetpole insbesondere gegenüber Feuchtigkeit erzielt. Offensichtlich kann der in den kritischen Bereichen vorgesehene, elastische Abschnitt der Schutzschicht die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bedingten, unterschiedlichen Wärmedehnungen kompensieren und dadurch die beschriebenen Spalte und Risse verhindern.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Magnetpol für Magnetschwebefahrzeuge; Fig. 2 eine stark vergrößerte Einzelheit X des Magnetpols nach Fig. 1 im Bereich einer für die Entstehung von Isolationsschäden kritischen Stelle;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Einzelheit eines erfindungsgemäßen Magnetpols; und

Fig. 4 eine perspektivische Unteransicht eines kompletten erfindungsgemäßen Magnetpols.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Magnetpol, der beispielsweise in einer Magnetanordnung für einen Tragmagneten in einem Magnetschwebefahrzeug Anwendung findet. Er enthält einen aus Elektroblechen zusammengesetzten, ferromagnetischen Eisenkern 1, der auf einer Oberseite mit einer Polfläche 2, auf einer Unterseite mit einer Anlagefläche 3 für einen Magnetrücken 4 und an seinem Umfang mit einer zwischen der oberen Polfläche 2 und der unteren Anlagefläche 3 angeordneten Umfangsfläche 5 versehen ist. Auf die Umfangsfläche 5 ist eine Wicklung 6 in Form einer Scheibe aufgewickelt, die z. B. aus einem in mehreren Lagen aufgebrachten Leitungsband aus Aluminium oder einem anderen zweckmäßigen, elektrisch gut leitenden Material besteht. Eine in Fig. 1 nur im rechten Teil dargestellte, tatsächlich aber um den Eisenkern 1 umlaufende Zwischenlage 7 aus Isoliermaterial, z. B. einem geeigneten Kunststoff, ist zwischen dem Eisenkern 1 und der Wicklung 6 angeordnet und dient insbesondere zur elektrischen Isolierung der Wicklung 6 gegen den Eisenkern 1 in radialer Richtung bezüglich einer Mittelachse 8 des Magnetpols.

Der Magnetpol ist gemäß Fig. 1 mit Ausnahme der Anlagefläche 3 rundum von einer Schutzschicht 9 umhüllt, die vorzugsweise aus einem Gießharz, z.B. einem Epoxid- harz, besteht und insbesondere dem Korrosionsschutz, aber auch dem mechanischen Schutz dient. Bevorzugt wird diese Schutzschicht 9 z. B. mit Hilfe eines Druckgelierverfahrens aufgebracht.

Die untere Anlagefläche 3 des Eisenkerns 1 bleibt vorzugsweise frei von der Schutz- Schicht 9, weil sie zur Anlage an den ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden Magnetrücken 4 dient, der in einer Magnetanordnung mit mehreren Magnetpolen diese miteinander verbindet. Außerdem ist der Eisenkern 1 an seiner Unterseite mit einer Aussparung 10 versehen, um Gewicht zu sparen, da hier aus magnetischen Gründen kein Eisen erforderlich ist. Die an die Aussparung 10 grenzen- den Wandungen des Eisenkerns 1 bleiben ebenfalls frei von der Schutzschicht 9. Im Übrigen wird der Magnetrücken 4 z. B. mittels nicht dargestellter Federn an die Anlagefläche 3 gedrückt.

Magnetpole der beschriebenen Art sind aus den eingangs genannten Druckschriften allgemein bekannt, die zur Vermeidung von Wiederholungen hiermit durch Referenz auf sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden. Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, hat die Unterseite der Wicklung 6 einen geringen Abstand von der Anlagefläche 3 bzw. einer ihr zugewandten Oberseite des Magnetrückens 4. Ein dadurch gebildeter Spalt 11 mit einer Höhe von höchstens einigen Millimetern dient dem Zweck, ein Aufliegen der Wicklung 6 auf dem Magnetrücken 4 zu vermeiden und auch bei Zulassung vergleichsweise großer Toleranzen sicherzustellen, dass der Magnetrücken 4 satt an der Anlagefläche 3 zu liegen kommt.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung stellt sich ein in Fig. 2 mit einem Kreis 12 markierter Bereich des Magnetpols als besonders kritisch dar. Dehnt sich nämlich die Wicklung 6, wenn sie erhitzt wird, aufgrund ihres größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten radial zur Mittelachse 8 (Fig. 1) mehr aus als der Eisenkern 1, dann kann die an der Wicklung 6 haftende Schutzschicht 9 im Bereich einer Stoßstelle 14, wo sie an die Umfangsfläche 5 des Eisenkerns 1 grenzt, oder auch in der Nähe davon, einreißen und offene Spalte und/oder Risse bilden, durch die Feuchtigkeit in die Zwi- schenlage 7 eindringen und diese allmählich zerstören kann. Das gilt umso mehr, als die Schutzschicht 9 wegen ihrer auch dem mechanischen Schutz dienenden Funktion aus einem vergleichsweise harten Material besteht, das beim Erreichen der Streckgrenze reißt. Eine andere mögliche Fehlerart besteht darin, dass sich die Schutzschicht 9 im Bereich der Stoßstelle 14 einfach von der Umfangsfläche 5 löst, d. h. den Kontakt zu dieser verliert und dadurch einen Spalt bildet.

Erfindungs gemäß werden die beschriebenen Probleme dadurch weitgehend vermieden, dass die Schutzschicht 9 entsprechend Fig. 3 in einem unmittelbar an die Umfangsfläche 5 grenzenden Bereich mit einem Abschnitt 15 versehen wird, der aus einem elastischen Material besteht. Mit anderen Worten wird die bisherige Umhüllung des Magnetpols mit einer durchgehend aus dem gleichen Material bestehenden Schicht durch eine Umhüllung aus mehreren Materialien ersetzt. Die einzelnen Schichten bzw. Komponenten der Umhüllung bzw. der Schutzschicht 9 können auf diese Weise entsprechend den lokalen thermischen, mechanischen oder sonstigen Beanspruchungen optimiert werden, die sich z. B. aus den jeweiligen Umweltbedingungen ergeben. Insbesondere ist in dem Abschnitt 15 der bisher übliche Kunststoff durch ein elasti- sches Material ersetzt, das einerseits zur Aufnahme der aus den Verformungen resultierenden mechanischen Spannungen geeignet ist, andererseits aber auch als Sperre gegenüber Feuchtigkeit wirkt und sowohl temperaturbeständig als auch unlöslich in Wasser ist.

Gemäß einem derzeit für am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel besteht der Abschnitt 15 aus einem Silikon. Dieses Material wird bevorzugt dadurch eingebracht, dass während der Umhüllung des Magnetpols mit dem übrigen Teil der Schutzschicht 9 dort, wo der Abschnitt 15 liegen soll, ein den Eisenkern 1 ringförmig umgebender Spalt frei gehalten und das in einem flüssigen oder pastösen Zustand gebrachte Silikon zu einem späteren Zeitpunkt in diesen Spalt oder Freiraum gegossen oder gespritzt wird. Versuche haben gezeigt, dass der elastische Abschnitt 15 selbst bei hoher thermischer Belastung an der Stoßstelle 14 mit der Umfangsfläche 5 am Eisenkern 1 haften und die Abdichtung an dieser Stelle daher erhalten bleibt. Ein besonderer Vorteil besteht darüber hinaus auch darin, dass die durch den Abschnitt 15 bewirkte Abdichtung auch dann erhalten bleibt, wenn aufgrund der beschriebenen unterschiedlichen Wärmedehnungen die Zwischenlage 7 beschädigt werden sollte. In mechanischer Hinsicht werden an den Abschnitt 15 keine großen Anforderungen gestellt, da er an keiner äußeren Oberfläche des Magnetpols liegt. Insgesamt wird duch die Erfindung somit eine merkliche Erhöhung der Standzeit des Magnetpols erreicht.

Als besonders geeignet für den genannten Zweck hat sich das unter der Bezeichnung "Terostat-33 transparent F" auf dem Markt erhältliche Material erwiesen. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung des mit seiner Unterseite nach oben ragenden Magnetpols ohne Magnetrücken. Mit einer dunkel dargestellten Linie ist hier der Abschnitt 15 angedeutet, der zwischen dem Eisenkern 1, von dem nur die Anlagefläche 3 sichtbar ist, und dem übrigen Teil der Schutzschicht 9 angeordnet ist. Außerdem sind in Fig. 4 zwei der Befestigungen des Magnetpols in einer Magnet- anordnung bestimmte Polwangen 16 und Anschlüsse 17 für die hier nicht sichtbare Wicklung 6 angedeutet. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt insbesondere für die im

Einzelfall für die Schichten 9 und 15 verwendeten Materialien, die in Abhängigkeit vom Einzelfall unterschiedlich gewählt und an die jeweiligen Verhältnisse angepasst werden können. Außerdem sind das Material und die Abmessungen, insbesondere die radiale Länge des Abschnitts 15, in Abhängigkeit von der auftretenden thermischen Belastung und der Dimensionierung des Magnetpols so zu wählen, dass die beschriebenen Risse oder Ablösungen im Bereich der Stoßstelle 14 sicher vermieden werden. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.

Claims

Ansprüche

1. Magnetpol für Magnetschwebefahrzeuge, enthaltend: einen Eisenkern (1) mit einer oberen Polfläche (2), einer unteren Anlagefläche (3) für einen Magnetrücken (4) und einer zwischen der Polfläche (2) und der Anlagefläche (3) angeordneten Umfangsfläche (5), ferner eine auf die Umfangsfläche (5) des Eisenkerns (1) aufgebrachte Wicklung (6), eine zwischen der Umfangsfläche (5) und der Wicklung (6) angeordnete Zwischenlage aus einem elektrisch isolierenden Material und eine die Wicklung (6) und zumindest die Polfläche (2) des Eisenkerns (1) umhüllende, aus einem harten Material bestehende Schutzschicht (9), die in einem unteren Bereich des Eisenkerns (1) an die Umfangsfläche (5) grenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) in einem an die Umfangsfläche (5) grenzenden Bereich einen Abschnitt (15) aus einem elastischen Material enthält.

2. Magnetpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (15) und der übrige Teil der Schutzschicht (9) aus Materialien bestehen, die entsprechend den lokalen thermischen und/oder mechanischen Beanspruchungen gewählt sind.

3. Magnetpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (15) aus einem dauereiastischen Silikon besteht.

4. Verfahren zur Herstellung des Magnetpols nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umhüllung des Eisenkerns (1) und der Wicklung (6) mit der Schutzschicht (9) in einem zwischen der Umfangsfläche (5) des Eisenkerns (1) und der einzubringenden, aus einem harten Material gebildeten Schutzschicht (9) ein den Eisenkern (1) ringförmig umgebender Spalt frei gelassen und dieser Spalt in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mit dem elastischen Material gefüllt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material in flüssiger oder pastöser Form in den frei gehaltenen Spalt gespritzt oder gegossen wird.