DE19503365C2 - Linear eddy current brake and method for controlling a linear eddy current brake - Google Patents
Linear eddy current brake and method for controlling a linear eddy current brakeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine lineare Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Steuerung einer linearen Wirbel strombremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Den Wirbelstrombremsen wird in neuerer Zeit - insbesondere im Rahmen der Weiterentwicklung von Hochgeschwindig keitszügen - erhöhte Aufmerksamkeit zugewandt, denn da sie die Schiene beim Brem sen nicht berühren, sind sie praktisch verschleißfrei. Ein weiterer Vorteil der Wirbel stromschienenbremsen besteht darin, daß ihre Bremskraft absolut unabhängig vom Haftwert zwischen Rad und Schiene ist.The invention relates to a linear eddy current brake for rail vehicles according to the The preamble of claim 1 and a method for controlling a linear vortex Current brake according to the preamble of claim 5. The eddy current brake is in of recent times - especially in the context of the further development of high-speed speed trains - heightened attention due to the fact that they are the rail when braking Do not touch, they are practically wear-free. Another advantage of the vertebrae Busbar brakes are that their braking force is absolutely independent of Adhesion value between wheel and rail is.
Eine kurze Einführung in die Technologie der Wirbelstrombremsen für Schienenfahr zeuge - 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 se kundäre, durch die Wirbelströme hervorgerufene, Magnetfeld ist dem Magnetfeld der Bremse entgegengerichtet. Die sich daraus ergebende, entgegengesetzt zur Fahrt richtung wirkende, horizontale Kraftkomponente ist die Bremskraft.A brief introduction to eddy current brake technology for rail travel Witnesses - whose function is based on the induction law - can be found, for example in the book by Saumweber et al "AET - Archiv für Eisenbahntechnik, Hestra-Verlag, 43, chap. 2.5.2 ". Eddy current brakes then consist of an iron yoke with several pole cores. Electric coils magnetically excite the brake in such a way that alternating magnetic north and south poles arise. When moving the excited Eddy current brake over the rail - d. H. when braking - result from the temporal flow changes electromagnetic fields and eddy currents. That se the magnetic field caused by the eddy currents is the magnetic field Brake in the opposite direction. The resulting, opposite to the ride The directional, horizontal force component is the braking force.
Im Gegensatz zur Magnetschienenbremse berührt die lineare Wirbelstrombremse bei einer Bremsung nicht die Schiene, sondern sie wird in einer Höhe von etwa 7 mm o berhalb 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 Dreh gestellrahmen angeordnete Träger zur Halterung der Wirbelstrombremse. Die parallel zur Schiene ausgerichteten Träger sind an ihrer unteren Seite mit Bremsmagneten ver sehen, die über eine Hubzylinderbetätigung zusammen mit dem Bremsträger in die Nähe der Schiene und von dieser weg bewegt werden können.In contrast to the magnetic rail brake, the linear eddy current brake touches braking not the rail, but it is at a height of about 7 mm o Held above the rail. The brake is generally roughly the same built into a bogie like the magnetic rail brake. To the distance of the However, the brakes must be able to maintain the brake to the rail constantly via a brake carrier on an unsprung part of the bogie - e.g. B. on the Wheel bearings - support. The magnetic yoke of the brake is attached to a brake carrier attached, which in turn is connected to the bogie. Such an arrangement shows z. B. the OS 26 14 298th The font shows on both sides of the wheel sets under the rotation Support frame arranged to hold the eddy current brake. The parallel Brackets aligned to the rail are ver on their lower side with brake magnets see that via a lift cylinder actuation together with the brake carrier in the Near the rail and away from it can be moved.
Aus der DE 40 09 449 A1 ist eine Wirbelstrom-Schienenbremse bekannt, die einen aus einer Hochlage in eine Wirklage absenkbaren, in seiner Anzugstärke geregelten Wir belstrom-Bremsmagneten aufweist, dessen Sohle sich in der Wirklage in geringem Ab stand über der Schienenoberfläche befindet. An einem Justierauflager befinden sich vertikal übereinander zwei Justierteile, wobei das erste Justierteil am Wirbelstrom- Bremsmagneten und das zweite Justierteil an einem ungefederten Fahrzeugteil so ge haltert ist, daß in Wirkstellung beide Justierteile in Eingriff gelangen. Eines der Justier teile weist einen vertikalen Zentrierkonus und das andere der Justierteile eine entspre chend konische Ausnehmung zur Aufnahme des vertikalen Zentrierkonus auf. Das erste Justierteil ist mittels einer Verschraubung vertikal und horizontal justierbar am Wirbelstrom-Bremsmagneten gehaltert. Das zweite Justierteil ist vertikal verschieblich am ungefederten Fahrzeug geführt und mittels einer vorgespannten Feder gegen die ses Fahrzeugteil abgestützt. Die Vorspannung der Feder ist größer als die maximale, geregelte Anzugstärke des Wirbelstrom-Bremsmagneten und geringer als dessen un geregelter Anzugstärke bei stehendem Schienenfahrzeug.From DE 40 09 449 A1 an eddy current rail brake is known that one a high position into an active position, we can be regulated in his suit strength Belstrom brake magnet, the sole of which is slightly reduced in the active position stood above the rail surface. Are on an adjustment support two adjustment parts vertically one above the other, the first adjustment part on the eddy current Brake magnet and the second adjustment part on an unsprung vehicle part is that both adjustment parts come into engagement in the operative position. One of the justier Parts has a vertical centering cone and the other one of the adjustment parts corresponds accordingly conical recess for receiving the vertical centering cone. The The first adjustment part can be adjusted vertically and horizontally by means of a screw connection Eddy current brake magnets held. The second adjustment part can be moved vertically guided on the unsprung vehicle and by means of a preloaded spring against the supported this vehicle part. The spring preload is greater than the maximum, regulated tightening strength of the eddy current brake magnet and less than its un regulated tightening strength when the rail vehicle is stationary.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine gattungsgemäße Bremse und ein gattungsgemäßes Verfahren so zu verbessern, daß sich auch bei maximaler Anzugkraft ein möglichst ge ringer und konstanter Luftspalt zwischen Bremse und Schiene einstellt, um so die Ver luste möglichst gering zu halten.The invention aims to provide a generic brake and a generic one To improve the process so that even at maximum tightening a ge sets a constant and constant air gap between the brake and the rail, so that the ver to keep pleasure as low as possible.
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 Ent lastung kann eine an den ungefederten Bauteilen abstützende Kraft konstant und der art klein eingestellt werden, daß tragende Bauteile entlastet und die Spaltbreite zwi schen Bremse und Schiene konstant gehalten werden kann.The invention achieves this aim by the subject matter of claims 1 and 5. Die Invention is based on the idea of acting at low speeds high pull-in forces, which lead to a lowering of the eddy current brakes, counteract such that the smallest possible gap is adjustable without the Brake rests on the rail at low speeds. By the Ent load, a force supporting the unsprung components can be constant and the Art small set that relieves load-bearing components and the gap width between brake and rail can be kept constant.
Eine erfindungsgemäße lineare Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge mit we nigstens einem Bremsmagneten, die über eine Aufhängeeinrichtung an einem ungefe derten 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 Aufhän gung) in Abhängigkeit der Anzugskraft zwischen Schiene und Bremse auf (siehe An spruch 1).A linear eddy current brake according to the invention for rail vehicles with we at least one brake magnet, which is attached to an approx most element and arranged on a bogie of a rail vehicle and can be moved in the direction of and away from the rail via a lifting device, then has a device to relieve the rail brake (or its suspension depending on the tightening force between the rail and the brake (see An saying 1).
Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung zur Entlastung eine Softwareroutine, welche ein Entlastungselement in Abhängigkeit der Anzugskraft ansteuert (siehe hierzu An spruch 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 Entlas tungskraft berechnet und in einen Steuerbefehl zur Ansteuerung des Entlastungsele mentes umsetzt. Das Entlastungselement kann entweder die bereits vorgesehen Hub vorrichtung oder aber ein zusätzliches Entlastungselement sein (z. B. kann als Entlas tungselement eine kontinuierlich und/oder mehrstufig be- und entlüftbare Ringbalgein heit und/oder ein (ggf. zusätzlicher zweiter oder dritter)) Hubzylinder vorgesehen sein (siehe Ansprüche 3 und 4).The device for relieving a software routine is particularly advantageous controls a relief element depending on the tightening force (see An saying 2). The existing software - e.g. B. for anti-skid - needs can only be modified in such a way that they have a speed and excitation discharge that counteracts the tightening force between the brake and the rail calculated force and in a control command to control the relief element mentes. The relief element can either be the already provided stroke device or an additional relief element (e.g. can be used as a discharge a continuous and / or multi-stage ventilated ring bellows unit and / or a (possibly additional second or third)) lifting cylinder can be provided (see claims 3 and 4).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung 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.The method according to the invention for controlling a linear eddy current brake, can - and this variant is particularly easy to implement - the rail brake multi-stage when certain tightening force values are exceeded (see claim 6) and / or continuously relieve depending on the tightening force values (see claim 7). The continuous relief is one way the rail brake to optimally relieve braking. The discharge is chosen in such a way that the brake is not accidentally torn off the rail.
Zur Ermittlung der Entlastungskraft ist es besonders vorteilhaft, die Anzugskraft zwi schen Schiene und Bremse zu messen und in Abhängigkeit dieser Messung eine ent sprechende 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.To determine the relief force, it is particularly advantageous to adjust the tightening force between to measure rail and brake and depending on this measurement an ent to determine speaking reduced or limited relief force (see claim 8th). It is also possible to measure the relief force by detecting the magnetic excitation to be determined taking into account the train speed (see claim 8). Both variants are relatively uncomplicated and can be implemented without higher costs.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausfüh rungsbeispielen näher beschrieben.Below, the invention with reference to the drawing based on Ausfüh Example described in more detail.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1a und 1b Seitenansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Wirbelstrombremse im eingebremstem und im ge lösten Zustand; Fig. 1a and 1b side views of a first embodiment of an inventive eddy current brake in the braked and in the released state;
Fig. 2 eine Vergrößerung aus Fig. 1; Fig. 2 is an enlargement of Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, welches den Verlauf der Anziehungskraft zwischen Bremse und Schiene in Abhängigkeit der Zuggeschwindigkeit illust riert; Figure 3 is a diagram illustrating the course of the force of attraction between the brake and rail depending on the train speed.
Fig. 4 ein Diagramm, welches eine Variante zur Realisierung einer erfin dungsgemäßen Entlastung illustriert. Fig. 4 is a diagram illustrating a variant for realizing an inventive relief.
Begriffe wie "oben", "unten" usw. beziehen sich auf Wirbelstrombremsen und deren Aufhängung in ihrer normalen Einbaustellung und sind nicht einschränkend zu verste hen.Terms such as "top", "bottom" etc. refer to eddy current brakes and their Suspension in their normal installation position and are not to be understood as restrictive hen.
Zunächst sei das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Wirbel strombremse 1, die an einem Drehgestell 2 befestigt ist (siehe z. B. die bereits ge nannte DE OS 26 14 298). Die Wirbelstrombremse 1 weist Bremsmagnete 3 auf, deren zentrale Elemente jeweils Magnetspule und Magnetkern (nicht dargestellt) sind.First, the embodiment of FIG. 1 will be described. Fig. 1 shows a vortex current brake 1 which is attached to a bogie 2 (see, for example, the already mentioned DE OS 26 14 298). The eddy current brake 1 has brake magnets 3 , the central elements of which are each a magnetic coil and magnetic core (not shown).
Das Drehgestell 2 liegt über Federn 4 auf Achsen 5 der Räder 6 des Schienenfahr zeugs. 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. The bogie 2 lies on springs 4 on axles 5 of the wheels 6 of the rail vehicle. A carrier 7 serves to hold the eddy current brake 1 , a lifting device 8 is able to lift the eddy current brake from the braking position of FIG. 1 a (for example 7 mm above the rail) into the released position of FIG. 1 b.
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.Articulated arms 9 , 10 of the carrier 9 connect the eddy current brake 1 in an articulated manner to the axis 5 and to a stop unit 11 . They create a possibility of turning around an axis lying parallel to the wheelset shaft. The eddy current brake 1 is thus decoupled from the axle bearings 5 in the direction of travel. A support 12 supports the braking force on the bogie 2 when braking.
Das Hubelement 8 ist - wie in Fig. 2 erkennbar - als Luftbalg ausgeführt, wobei beim Belüften eines Balgabschnittes 13 die Bremse über einen Faltenbalg 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.The lifting element 8 - as can be seen in FIG. 2 - is designed as an air bellows, wherein when a bellows section 13 is ventilated, the brake can be brought from the braking position of FIG. 1a into the release position of FIG. 1b via a bellows 14 . The invention advantageously uses the lifting device 8 as a relief element during a braking operation.
Fig. 3 veranschaulicht die bei einer Bremsung zwischen Schiene und Bremse wirkende Anziehungskraft in Abhängigkeit der Erregung FAZ (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 < 0 < 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. FIG. 3 illustrates the attraction force acting during braking between the rail and the brake as a function of the excitation FAZ (excitation of the brake) and the travel speed v. The strong increase in this force can be clearly seen when the driving speed decreases (e.g. increase from 10 kN at 300 km / h to almost 40 kN at approx. 50 km / h). The increased attraction leads to a stronger sag of the brake at low speeds. The invention counteracts this effect by relieving the brake on the lifting device 8 . The relief force is selected, for example, according to the type of FIG. 4, which suggests a gradual relief depending on the driving speed and excitation, for. B. at 10 kA <0 <30 kA at approx. 230 km / h a relief of 5 kN and if the speed falls below 130 km / h by another 5 kN. In the case of very small excitations (e.g. <5 kA), the discharge is switched off. Alternatively, as described above, the discharge can also take place continuously.
11
Wirbelstrombremse
Eddy current brake
22nd
Drehgestell
bogie
33rd
Bremsmagnete
Brake magnets
44th
Federn
feathers
55
Achsen
axes
66
Räder
bikes
77
Träger
carrier
88th
Hubeinrichtung
Lifting device
99
, ,
1010th
Gelenkarme
Articulated arms
1111
Anschlagseinheit
Stop unit
1212th
Stütze
support
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Balgabschnitt
Bellows section
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Faltenbalt
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