Entwicklung und Aufbau eines Hochgeschwindigkeitsfahrwerks und einer Fahrstrecke für ein Magnetschwebebahnmodell
Im Rahmen der Masterarbeit von Clemens Lindner, die durch die Hans-Hermann-Voss-Stiftung gefördert wurde, wurde ein neuer Prüfstand für Magnetschwebetechnik am IEM aufgebaut.
Dazu wurde eine Kombination aus Fahrwerk und Fahrweg im Maßstab 1:20 mechanisch konstruiert. Das elektromagnetische Schweben wird durch Hybridaktoren realisiert, einer Kombination von Permanent- und Elektromagneten. Angetrieben wird das Funktionsmodell durch einen linearen Asynchronmotor.
In die Schiene mit einer Länge von acht Metern können modular verschiedene Linearmotortopologien eingebaut und getestet werden. Hierzu ist angedacht, auf einem Teilstück eine lineare, fremderregte Synchronmaschine zu integrieren und die Kombination aus verschiedenen Antriebskonzepten zu untersuchen.
Das Magnetzugmodell ist mit einem inkrementelle magnetkodierte Wegmesssystem ausgestattet, das im Bereich von mehreren Mikrometern genau die Position messen kann. Außerdem ist das Fahrzeug mit hochpräzisen Wirbelstromsensoren an allen vier Schwebeaktoren bestückt, die den Abstand zwischen Aktoren und Schiene im Mikrometerbereich messen kann. Über einen zentralen Microcontroller mit selbstentwickelter Leistungs- und Auswertungselektronik können komplexe Regelungsmodelle mithilfe von Matlab Simulink implementiert und untersucht werden. Aktuell wird hierbei eine Freiheitsgradregelung entworfen, die den Zug effizient mit einem Abstand von wenigen Millimetern Abstand zur Schiene schweben lassen soll. Der lineare Asynchronmotor wird über einen weiteren Microcontroller mithilfe einer Linearmotorregelung angesteuert. Für den Vergleich mit Simulationen sind im Fahrwerk Kraftsensoren zur Vermessung der Schub- und Normalkräfte der Linearmotoren verbaut. Versorgt werden die Komponenten über zwei Lithium-Batterien, die über dem Motor und den Aktoren in das Fahrzeug integriert wurden.