DE19503365A1 - Magnetische Bremse, insbesondere lineare Wirbelstrombremse - Google Patents
Magnetische Bremse, insbesondere lineare WirbelstrombremseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Bremse, insbesondere
eine lineare Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge, nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Den Wirbelstrombremsen wird in
neuerer Zeit - insbesondere im Rahmen der Weiterentwicklung
von Hochgeschwindigkeitszügen - erhöhte Aufmerksamkeit
zugewandt, denn da sie die Schiene beim Bremsen nicht
berühren, sind sie praktisch verschleißfrei. Ein weiterer
Vorteil der Wirbelstromschienenbremsen besteht darin, daß ihre
Bremskraft absolut unabhängig vom Haftwert zwischen Rad und
Schiene ist.
Eine kurze Einführung in die Technologie der
Wirbelstrombremsen für Schienenfahrzeuge - deren Funktion auf
dem Induktionsgesetz basiert - findet sich beispielsweise in
dem Buch von Saumweber et al "AET - Archiv für
Eisenbahntechnik, Hestra-Verlag, Bd. 43, Kap. 2.5.2".
Wirbelstrombremsen bestehen danach aus einem Eisenjoch mit
mehreren Polkernen. Elektrische Spulen erregen die Bremse
magnetisch derart, daß alternierend magnetische Nord- und
Südpole entstehen. Bei Bewegung der erregten Wirbelstrombremse
über die Schiene - d. h. bei einer Bremsung - ergeben sich
durch die zeitlichen Flußänderungen elektromagnetische Felder
und Wirbelströme. Das sekundäre, durch die Wirbelströme
hervorgerufene, Magnetfeld ist dem Magnetfeld der Bremse
entgegengerichtet. Die sich daraus ergebende, entgegengesetzt
zur Fahrtrichtung wirkende, horizontale Kraftkomponente ist
die Bremskraft.
Im Gegensatz zur Magnetschienenbremse berührt die lineare
Wirbelstrombremse bei einer Bremsung nicht die Schiene,
sondern sie wird in eine Höhe von etwa 7 mm oberhalb der
Schiene gehalten. Die Bremse wird im allgemeinen in etwa
gleicher Weise wie die Magnetschienenbremse in ein Drehgestell
eingebaut. Um den Abstand der Bremse zur Schiene konstant
einhalten zu können, müssen sich die Bremsen jedoch über einen
Bremsträger an einem ungefederten Teil des Drehgestells - z. B.
auf den Radlagern - abstützen. Dabei wird das Magnetjoch der
Bremse an einem Bremsträger befestigt, der wiederum mit dem
Drehgestell verbunden ist. Eine derartige Anordnung zeigt z. B.
die OS 26 14 298. Die Schrift zeigt beidseits der Radsätze
unter dem Drehgestellrahmen angeordnete Träger zur Halterung
der Wirbelstrombremse. Die parallel zur Schiene
ausgerichteten Träger sind an ihrer unteren Seite mit
Bremsmagneten versehen, die über eine Hubzylinderbetätigung
zusammen mit dem Bremsträger in die Nähe der Schiene und von
dieser weg bewegt werden können.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Aufhängetechnik der
gattungsgemäßen Bremsen zu verbessern. Insbesondere ist ein
möglichst geringer und konstanter Luftspalt zwischen Bremse
und Schiene wünschenswert, um Verluste möglichst gering zu
halten.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der
Ansprüche 1 und 5. Die Erfindung basiert auf der Idee, den bei
niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten wirkenden hohen
Anzugskräften, welche zu einer Durchsenkung der
Wirbelstrombremsen führen, derart entgegenzusteuern, daß ein
möglichst kleiner Spalt einstellbar ist, ohne daß die Bremse
bei niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten auf der Schiene aufliegt.
Durch die Entlastung kann eine an den ungefederten Bauteilen
abstützende Kraft konstant und derart klein eingestellt
werden, daß tragende Bauteile entlastet und die Spaltbreite
zwischen Bremse und Schiene konstant gehalten werden kann.
Eine erfindungsgemäße lineare Wirbelstrombremse für
Schienenfahrzeuge mit wenigstens einem Bremsmagneten, die über
eine Aufhängeinrichtung an einem ungefederten Element und an
einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs angeordnet und über
eine Hubvorrichtung in Richtung der Schiene und von dieser
wegbewegbar ist, weist danach eine Einrichtung zur Entlastung
der Schienenbremse (bzw. ihrer Aufhängung) in Abhängigkeit der
Anzugskraft zwischen Schiene und Bremse auf (siehe Anspruch
1).
Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung zur Entlastung eine
Softwareroutine, welche ein Entlastungselement in Abhängigkeit
der Anzugskraft ansteuert (siehe hierzu Anspruch 2). Die
bereits vorhandene Software - z. B. zum Gleitschutz - braucht
damit lediglich derart modifiziert werden, daß sie aus
Fahrtgeschwindigkeit und Erregung eine der Anzugskraft
zwischen Bremse und Schiene geeignet entgegenwirkende
Entlastungskraft berechnet und in einen Steuerbefehl zur
Ansteuerung des Entlastungselementes umsetzt. Das
Entlastungselement kann entweder die bereits vorgesehene
Hubvorrichtung oder aber ein zusätzliches Entlastungselement
sein (z. B. kann als Entlastungselement eine kontinuierlich
und/oder mehrstufig be- und entlüftbare Ringbalgeinheit
und/oder ein (ggf. zusätzlicher zweiter oder dritter))
Hubzylinder vorgesehen sein (siehe Ansprüche 3 und 4).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer
magnetischen Bremse, insbesondere einer linearen
Wirbelstrombremse, kann - und diese Variante ist besonders
einfach realisierbar - die Schienenbremse mehrstufig beim
Überschreiten bestimmter Anzugskraftwerte (siehe Anspruch 6)
und/oder kontinuierlich in Abhängigkeit der Anzugskraftwerte
entlasten (siehe Anspruch 7). Die kontinuierliche Entlastung
stellt eine Möglichkeit dar, die Schienenbremse bei einer
Bremsung weitgehend optimal zu entlasten. Die Entlastung wird
derart gewählt, daß die Bremse nicht unbeabsichtigt von der
Schiene gerissen wird.
Zur Ermittlung der Entlastungskraft ist es besonders
vorteilhaft, die Anzugskraft zwischen Schiene und Bremse zu
messen und in Abhängigkeit dieser Messung eine entsprechende
reduzierte bzw. begrenzte Entlastungskraft zu bestimmen (siehe
Anspruch 8). Es ist ferner möglich, die Entlastungskraft über
eine Erfassung der Magneterregung unter Einbeziehung der
Zugfahrgeschwindigkeit zu bestimmen (siehe Anspruch 8). Beide
Varianten sind relativ unkompliziert und ohne höhere Kosten
realisierbar.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung
anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, wobei auch
weitere Vorteile und Möglichkeiten der Erfindung deutlich
werden. Es zeigt:
Fig. 1a und b Seitenansichten eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse
im eingebremsten und im gelösten Zustand;
Fig. 2 eine Vergrößerung aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, welches den Verlauf der
Anziehungskraft zwischen Bremse und Schiene in Abhängigkeit
der Zuggeschwindigkeit illustriert;
Fig. 4 ein Diagramm, welches eine Variante zur Realisierung
einer erfindungsgemäßen Entlastung illustriert.
Begriffe wie "oben", "unten" usw. beziehen sich auf
Wirbelstrombremsen und deren Aufhängung in ihrer normalen
Einbaustellung und sind nicht einschränkend zu verstehen.
Zunächst sei das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Wirbelstrombremse 1, die an einem
Drehgestell 2 befestigt ist (siehe z. B. die bereits genannte
DE OS 26 14 298) . Die Wirbelstrombremse 1 weist Bremsmagnete 3
auf, deren zentrale Elemente jeweils Magnetspule und
Magnetkern (nicht dargestellt) sind.
Das Drehgestell 2 liegt über Federn 4 auf Achsen 5 der Räder 6
des Schienenfahrzeugs. Ein Träger 7 dient zur Halterung der
Wirbelstrombremse 1, eine Hubeinrichtung 8 vermag die
Wirbelstrombremse aus der Bremsstellung der Fig. 1a (z. B. 7 mm
über der Schiene) in die gelöste Stellung der Fig. 1b
anzuheben.
Gelenkarme 9, 10 des Trägers 9 verbinden die Wirbelstrombremse
1 gelenkig mit der Achse 5 und mit einer Anschlageinheit 11.
Sie schaffen eine Verdrehmöglichkeit um eine parallel zur
Radsatzwelle liegende Achse. Die Wirbelstrombremse 1 ist damit
von den Achslagern 5 in Fahrtrichtung entkoppelt. Eine Stütze
12 stützt beim Bremsen die Bremskraft am Drehgestell 2 ab.
Das Hubelement 8 ist - wie in Fig. 2 erkennbar - als auf Luftbalg
ausgeführt, wobei beim Belüften eines Balgabschnittes 13 die
Bremse über einen Faltenbalt 14 aus der Bremsstellung der Fig.
1a in die Lösestellung der Fig. 1b bringbar ist. Die Erfindung
nutzt die Hubeinrichtung 8 in vorteilhafter Weise als
Entlastungselement bei einem Bremsvorgang.
Fig. 3 veranschaulicht die bei einer Bremsung zwischen Schiene
und Bremse wirkende Anziehungskraft in Abhängigkeit der
Erregung O (Erregung der Bremse) und der Fahrtgeschwindigkeit
v. Gut zu erkennen ist die starke Zunahme dieser Kraft bei
einer Abnahme der Fahrtgeschwindigkeit (z. B. Anstieg von 10 kN
bei 300 km/h auf fast 40 kN bei ca. 50 km/h) . Die erhöhte
Anziehungskraft führt bei niedrigen Geschwindigkeiten zu einem
stärken Durchhängen der Bremse. Diesem Effekt wirkt die
Erfindung durch eine Entlastung der Bremse über die
Hubeinrichtung 8 entgegen. Die Entlastungskraft wird
beispielsweise nach Art der Fig. 4 gewählt, die eine
stufenweise Entlastung in Abhängigkeit von
Fahrtgeschwindigkeit und Erregung vorschlägt, z. B. bei 10 kA <
O < 30 kA bei ca. 230 km/h eine Entlastung um 5 kN und bei
Unterschreiten einer Geschwindigkeit von 130 km/h um weitere 5
kN. Bei sehr kleinen Erregungen (z. B. < 5 kA) wird die
Entlastung abgeschaltet. Alternativ kann die Entlastung - wie
oben beschrieben - auch kontinuierlich erfolgen.
Bezugszeichenliste
Wirbelstrombremse 1
Drehgestell 2
Bremsmagnete 3
Federn 4
Achsen 5
Räder 6
Träger 7
Hubeinrichtung 8
Gelenkarme 9, 10
Anschlagseinheit 11
Stütze 12
Balgabschnitt 13
Faltenbalt 14
Drehgestell 2
Bremsmagnete 3
Federn 4
Achsen 5
Räder 6
Träger 7
Hubeinrichtung 8
Gelenkarme 9, 10
Anschlagseinheit 11
Stütze 12
Balgabschnitt 13
Faltenbalt 14
Claims (9)
1. Magnetische Bremse, insbesondere lineare
Wirbelstrombremse (1) für Schienenfahrzeuge mit wenigstens
einem Bremsmagneten (3), die über eine Aufhängeinrichtung (7)
an einem ungefederten Element, insbesondere an den Achslagern,
eines Schienenfahrzeugs angeordnet und über eine
Hubvorrichtung (8) in Richtung der Schiene und von dieser
wegbewegbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur
Entlastung der Schienenbremse über ihre Aufhängung in direkter
oder indirekter Abhängigkeit der Anzugskraft zwischen Schiene
und Bremse.
2. Magnetische Bremse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entlastung eine
Softwareroutine ist, welche ein Entlastungselement in
Abhängigkeit der Anzugskraft ansteuert.
3. Magnetische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Entlastungselement eine kontinuierlich
und/oder mehrstufig be- und entlüftbare Ringbalgeinheit (13)
vorgesehen ist.
4. Magnetische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Entlastungselement ein Hubzylinder
vorgesehen ist.
5. Verfahren zur Steuerung einer magnetischen Bremse,
insbesondere einer linearen Wirbelstrombremse für
Schienenfahrzeuge mit wenigstens einem Bremsmagneten, die über
eine Aufhängeinrichtung an einem Drehgestell eines
Schienenfahrzeugs angeordnet und über eine Hubvorrichtung in
Richtung der Schiene und von dieser wegbewegt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schienenbremse bei einem Bremsvorgang
über ihre Aufhängung in direkter oder indirekter Abhängigkeit
der Anzugskraft zwischen Schiene und Bremse entlastet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schienenbremse mehrstufig beim Überschreiten bestimmter
Anzugskraftwerte entlastet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schienenbremse kontinuierlich in Abhängigkeit der
Anzugskraftwerte entlastet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entlastungskraft anhand einer Messung
der Anzugskraft zwischen Schiene und Bremse ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entlastungskraft über eine Erfassung
der Magneterregung unter Einbeziehung der
Zugfahrgeschwindigkeit ermittelt wird.
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