Verfahren und Einrichtung zum Antrieb oder zur Bremsung von Schienenfahrzeugen Die vorliegende Erfindung bezieht. sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Antrieb oder zur Bremsung von Schienenfahr zeugen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rad sätze des Schienenfahrzeuges ein elektrischer Strom geleitet wird und Massnahmen am Schienenoberbau vorgesehen werden, um in den Radkränzen der Radsätze einen Magnet fluss zu erzeugen.
Die Einrichtung zur Aus übung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch wenigstens abschnittsweise voneinander isolierte Fahrschienen, eine zwischen diese Fahrschienen geschaltete Spannungsquelle, und Schienenfahrzeuge, deren Radsätze Rad kränze aus ferromagnetischem Werkstoff auf- weisen.
Ein Ausführungsbeispiel, mittels welchem das erfindungsgemässe Verfahren ausgeübt werden kann, ist in den Fig.1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei die Fig.1 eine Draufsicht auf einen Gleisabschnitt zeigt, dessen Fahrschienen mit Magnetjochen versehen und an eine Spannungsquelle ange schlossen sind, und die Fig. 2 bauliche Einzel heiten die Ausbildung und Anordnung der Magnetjoche und ihre Erregung betreffend wiedergibt..
In der Fig.1 ist ein Teilstück eines Gleises, beispielsweise einer Ablaufanlage in einem Verschiebebahnhof dargestellt. Die beiden Fahrschienen 3, 4 sind innerhalb des Gleis abschnittes 5, 6 elektrisch voneinander isoliert aufgestellt. Zu diesem Zweck, können sie wie üblich auf Holzschwellen 7 gelagert sein. Zwi schen den Fahrschienen 3, 4 des Gleisab schnittes 5, 6 und den Fahrschienen 3', 4' und 3", 4" der links und rechts sieh anschliessen den Gleise der Ablaufanlage sind elektrisch isolierende Schienenstossverbindungen 8, 9 angebracht.
Der Gleisabschnitt 5, 6 kann je nach seinem näheren Verwendungszweck eine Länge zwischen etwa zwanzig Metern und mehreren hundert Metern haben. An die elek trische Isolation zwischen den Fahrschienen 3, 4 des ganzen Gleisabschnittes 5, 6 brauchen keine hohen Anforderungen gestellt zu wer den; es genügt, wenn der Isolationswiderstand grösser als etwa ein Ohm ist.
Die Fahrschiene 3 des Gleisabschnittes 5, 6 ist mit einer Vielzahl von Magnetjochen 10 aus ferromagnetischem Material ausgerüstet, welche alle gleiche Bauart haben und sich je über eine Schwellenteilung erstrecken. Die Magnetjoche 10 umgeben die Fahrschiene 3 von unten her U-förmig, so dass in der Drauf sicht der Fig.1 die neben der Fahrschiene 3 sich erhebenden Schenkel der oben offenen Magnetjoche sichtbar sind.
Die Bauart der Magnetjoche 10 geht aus der Fig.2 hervor, welche einen Querschnitt 2-2 der Fig.1 ver anschaulicht.. Gemäss der Fig. 2 ist die Fahr schiene 3 auf Stühlen 11 (vergleiche auch Fig.1) angeschraubt, wobei die Stühle 11 ihrerseits auf den Holzschwellen 7 befestigt sind. Zwischen dem FiLrss der Fahrschiene 3 und der Kopfplatte der Stühle 11 kann noch ein Aluminium oder Kupferleiter 12 einge fügt sein,
der mit der Fahrschiene 3 in elek trisch gut leitender Verbindung steht. Zwi schen den trapezförmigen Stützen der aufein anderfolgenden Stühle 11 sind die Magnet- joche 10 eingefügt.
Der bezüglich den Fahr schienen 3, 4 aussenliegende Schenkel der Magnetjoche 10 hat an. seinem obern Ende eine ebene Lauffläche 13, welche hinsichtlich ihrer Neigung an die kegelige Lauffläche der Räder der Schienenfahrzeuge angepasst ist. Der zwischen den Fahrschienen 3, 4 befind liche Schenkel der Magnetjoche 10 besitzt hin gegen an seinem obern Ende eine rinnenför- mige Lauffläche 14, die einseitig höchgezogen ist.
Die Lauffläche 14 ist für die Aufnahme des Spurkranzes der Räder eines Schienen fahrzeuges bemessen und so dimensioniert, dass die masslichen Bedingungen des Licht raumprofils gewahrt sind. Zwischen dem un tern, .die beiden Sehenkel verbindenden Quer teil des Magnetjoches 10 und der Fussplatte der Stühle 11 sind Federelemente 15 einge fügt, welche das in vertikaler Richtung beweg lich gelagerte Magnetjoch als Ganzes nach oben drücken.
Der federnde Teil der Feder elemente 15 besteht aus einem elastischen Ma terial mit schwingungsdämpfenden Eigen-_ schalten, vorzugsweise aus Natur- oder Kunst gummi. Die ganze Anordnung ist dabei so getroffen, dass im Ruhezustand der Querteil der Magnetjoche 10 von unten her an die Kopfplatte der Stühle 11 angedrückt wird. Sobald sieh jedoch ein Radsatz 16, 17, 18 eines Schienenfahrzeuges (vergleiche Fig. 1) auf den Fahrschienen 3, 4 befindet, dann drücken die seitlich über die Fahrschienen 3 vorstehen den Teile des Radkranzes 19 des Rades 16 das Magnetjoch leicht nach unten, wie dies die Fig.2 veranschaulicht.
Der Radkranz 19 der Räder von Schienenfahrzeugen und ins besondere von Eisenbahngüterwagen besteht in der Regel aus Eisen oder Stahl. Sobald daher ein Rad 16 das Magnetjoch 10 nach unten drückt, wird ein magnetischer Kreis grosser Leitfähigkeit geschlossen. Bei Erre- gung der Magnetjoche 10 durchfliessen die magnetischen Kraftlinien den Radkranz 19 in einer Richtung, die im wesentlichen quer zur Fortbewegungsrichtung des Rades 16 steht.
Zur Erregung der Magnetjoche 10 werden vorzugsweise die in der Längsrichtung der Fahrschiene 3 und des Nebenleiters 12 fliessen den elektrischen Ströme herangezogen, so dass sich besondere Erregerwicklungen erübrigen. Die Magnetjoche 10 sind zu diesem Zweck derart gebaut, dass sie die Fahrschiene 3 und den Nebenleiter 12 gemeinsam U-förmig um schliessen, wie dies die Fig.2 wiedergibt.
Die Fahrschiene 4 des Gleisabschnittes 5, 6 kann in gleicher Weise wie die Fahrschiene 3 mit Magnetjochen 10 ausgerüstet werden. Sie kann jedoch auch, wie dies in der Fig.1 an gedeutet ist, keine Magnetjoche aufweisen. Die Fahrschiene 4 wird dann in einer der Fig. 2 entsprechenden Weise auf den Stühlen 11 unter Zwischenlage eines Nebenleiters 12 be festigt, wobei die Magnetjoche 10 und die Federelemente 15 weggelassen sind. In der Fig.1 ist am Ende 5 des Gleisabschnittes 5, 6 eine Spannungsquelle 20 angeordnet. Ihre beiden Pole 21, 22 sind unmittelbar mit den Fahrschienen 3, 4 oder mit den mit diesen Fahrschienen in Verbindung stehenden Ne benleitern 12 (Fig.2) verbunden.
Die Span nungsquelle 20 könnte an ihren Polen 21, 22 Wechselspannung liefern. Vorzugsweise wird jedoch eine Gleichpannungsquelle angebracht, die als Gleichstromgenerator oder als Gleich richter ausgebildet sein kann. Die an den Polen 21, 22 abgenommene Gleichspannung ist vorzugsweise regelbar. Die Leistung der Gleichspannungsquelle 20 beträgt für den oben angegebenen Verwendungszweck etwa 30 bis 600 Kilowatt; sie soll Gleichspannungen zwischen 5 und 50 Volt und Gleichströme von etwa 3000 bis 30000 Ampere abgeben können.
Die Gleichspannungsquelle 20 ist. daher vorzugsweise eine Unipolarmaschine, ein Trok- kengleichrichter oder ein Kontaktumformer. Die Regelung der von der Gleichspannungs- quell.e 20 abgegebenen Leistung erfolgt zweck mässig durch Fernsteuerung, da im Interesse einer Herabsetzung der elektrischen Verluste die Verbindungsleitungen zwischen den Polen 21, 22 und den Fahrschienen 3, 4 möglichst kurz gehalten werden sollten.
Die beschriebene Anlage erteilt bei Speisung der Fahrschienen 3, 4 mit einigen Tausend Ampere einem Schie nenfahrzeug eine Kraft von etlichen Hundert Kilogramm.
Gemäss der Fig. 1 schliesst nun ein Radsatz 16, 17, 18 eines auf .dem Gleisabschnitt befind lichen Schienenfahrzeuges einen elektrischen Stromkreis, der die Spannungsquelle 20 ent hält. Dieser Stromkreis führt von dem Pol 21 der Spannungsquelle 20 zur Fahrschiene 4, dann längs dieser zum Rad 17 eines Rad satzes 16, 17, 18 des Schienenfahrzeuges. Der Stromkreis führt darauf über das Rad 17, die Achswelle 18 auf das Rad 16 und zur andern Fahrschiene 3.
Von der Kontaktstelle zwischen Rad 16 und der Fahrschiene 3 geht der Stromkreis längs dieser zurück zum an dern Pol 22 der Spannungsquelle 20. Dabei werden die Magnetjoche 10, welche die Fahr schiene 3 U-förmig umgeben, vom gesamten, längs der Fahrschiene 3 fliessenden elektri schen Strom magnetisiert. Über die weiteren in der Fig.1 nicht eingezeichneten Radsätze des Schienenfahrzeuges fliessen ihrer Anzahl entsprechende Stromanteile. Zu beachten ist.,
dass wegen der Achsdrücke der Radsätze ein hoher Kontaktdruck zwischen den Rädern 16, 17 und den Fahrschienen 3, 4 vorhanden ist und infolgedessen grosse elektrische Ströme von den Fahrschienen 3, 4 auf die Radsätze 16, 17, 18 übergeführt werden können. Pro Tonne Achsdruck können beispielsweise ohne irgendwelche Nachteile mehr als 1000 Ampere angewendet werden.
Da nun der Radkranz 19 des Rades 16 gleichzeitig von einem Magnetfeld und von einem elektrischen Strom durchflossen wird (Fig.2), einsteht eine auf das Rad 16 ein wirkende elektrodynamische Bewegungskraft, welche in der Anordnung nach Fig.1 bestrebt ist, den Radsatz 16, 17, 18 von rechts nach links fortzurollen. Man erkennt diese Zusam menhänge leicht, wenn man den Radsatz 16, 1.7, 18 als Rotor einer Unipolarmaschine auf fasst, deren Stator mit dem Magnetjoch auf- geschnitten und auf eine Ebene abgewickelt,
ist. Das abgewickelte Magnetjoch wird durch die aufeinanderfolgenden Magnetjoche<B>10-</B> gebil det. Die beschriebene Einrichtung kann daher zutreffend auch als elektrodynamischer Linear- mot:or bezeichnet werden. Jeder Radsatz des Schienenfahrzeuges wirkt somit als elektro dynamischer Linearmotor, sofern er sich auf den an der Spannungsquelle 20 angeschlosse nen Fahrschienen 3, 4 befindet.
Ein Um polen der Anschlüsse 21, 22 der Spannungs quelle 20 hat keinen Einfluss auf die Rich tung der auf die Radsätze des Schienen fahrzeuges einwirkenden elektrodynamischen Bewegungskräfte. Mit einem solchen Umpolen wird nicht nur die Stromrichtung im Rad satz, sondern auch die Richtung .des Magnet feldes gewechselt. Hingegen kann man die auf die Radsätze 16, 17, 18 einwirkenden Be wegungskräfte umkehren, wenn man in der Fig.1 die Spannungsquelle 20 statt am Ende 5 am Ende 6 des Gleisabschnittes 5, 6 an die Fahrschienen 3, 4 anschliesst.
Im letzteren Fall wirkt auf das Schienenfahrzeug .eine von links nach rechts gerichtete Bewegungskraft ein, da nur die Richtung des Magnetfeldes geändert worden ist. Je nach dem Ort der Anachaltung der Spannungsquelle 20 hat man es demnach in der Hand, auf das Schienen fahrzeug die elektrodynamischen Bewegungs kräfte in der einen oder andern Richtung ein wirken zu lassen.
Ein an ,sieh motorloses Schienenfahrzeug; wie zum Beispiel ein Güterwagen, kann mit der beschriebenen Einrichtung sowohl ge bremst als auch beschleunigt werden. Eine Beschleunigung findet statt, wenn man die elektrodynamischen Bewegungskräfte in der momentanen Fahrrichtung des Schienenfahr zeuges einwirken lässt.
Umgekehrt ergibt sich eine Bremsung, sobald die elektrodynamischen Bewegungskräfte entgegen der momentanen Fahrrichtung des Schienenfahrzeuges zur An wendung gebracht werden. Im Gegensatz zu den bekannten Wirbelstromgleisbremsen kann mit.
der Einrichtung gemäss den Fig.1 und 2 das Schienenfahrzeug rein elektrodynamisch bis zurr Stillstand gebrpn)si werden, Die resultierende Kraft-Strom-Kennlinie der durch die Radsätze eines Schienenfahr zeuges gebildeten Linearmotoren hat bei der Ausführung der Einrichtung nach der Fig.1 vorwiegend ein Reihenschlussverhalten, weil der gesamte für die Magnetisierung der Ma gnetjoche 10 benützte elektrische Strom auch über die Radsätze des Schienenfahrzeuges fliesst.
Ein vorwiegendes Nebenschlussverhal ten kann man hingegen durch besondere Füh rung des über die Radsätze fliessenden Stro mes und des hauptsächlich zur Magnetisie rung der Magnetjoche 10 vorgesehenen Stro mes erreichen. Zu diesem Zweck wäre es mög lich, etwa den Nebenleiter 12 (Fig. 2) durch geeignete Isoliereinlagen von der Fahrschiene 3 und von den Stühlen 11 elektrisch zu iso lieren.
Für die Magnetisierung der Magnet- joehe 10 steht dann ein nur den Nebenleiter 12 enthaltender Stromkreis zur Verfügung, in welchem elektrische Ströme geführt werden können, die von den durch die Fahrschiene 3 und durch die Radsätze des Schienenfahrzeu ges fliessenden elektrischen Strömen unab hängig sind.
Unter Umständen kann es auch zweckmässig sein, den Nebenleiter 12 (Fig. 2) in zwei oder mehr vorzugsweise übereinander angeordnete und voneinander elektrisch iso- lierte Teilleiter aufzulösen, um eine Mehrzahl von Stromkreisen durch das Magnetjoch 10 hindurchzuführen.
Eine nebenschlussartige Kraft-Strom-Kennlinie der Linearmotoren lässt sich ferner durch einen Kurzschlussbügel erreichen, der etwa am Ende 6 des Gleis- abschnittes die beiden Fahrschienen 3, 4 un mittelbar miteinander verbindet. Die Magne tisierung der jeweils von den Radsätzen des Schienenfahrzeuges besetzten Magnetjoche 10 findet unter diesen Umständen einerseits durch den über dien Kurzschlussbügel fliessen den Stromanteil und anderseits durch den über die Radsätze fliessenden Stromanteil statt..
Der über .die Radsätze fliessende Strom anteil kann durch den Ohmschen Widerstand des Kurzschlussbügels und des Nebenleiters 12 bemessen werden. Bei einem einseitig ganz oder teilweise elektrisch kurzgeschlossenen Gleisabschnitt 5, 6 nehmen die auf einen Radsatz 16, 17, 18 (Fig. 1) einwirkenden elektrodynamischen Bewegungskräfte mit fort schreitender Annäherung an den Kurzschluss- bügel ab.
Die an Hand der Fig. 1 und 2 erläuterte Erfindung wird mit Vorteil in Rangierbahn höfen zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann man die Höhe des Ablaufberges nur so gross wählen, dass Wagen mit mittlerem Fahr- widerstand ohne Bremsung abgefertigt werden können. Wagen mit -geringem Fahrwiderstand werden elektrodynamisch gebremst, während Wagen mit hohem Fahrwiderstand elektro- dynamisch zu beschleunigen sind.
Werden fer ner die Richtungsgleise erfindungsgemäss aus- gerüstet, dann lässt sich eine Laufzielbehand lung der Wagen erreichen. Die in die Rich- tungsgleiseeinlaufenden Wagen können durch die auf sie einwirkenden elektrodynamischen Brems- oder Beschleunigungskräfte so fein fühlig behandelt werden, dass sich das Auf fangen durch Hemmschuhe erübrigt-. Gege- benenfalls kann man die Einrichtung auch so ausführen,
dass die Wagen in den Rich- tungsgleisen selbsttätig eine stationäre und genügend kleine Geschwindigkeit erhalten, so dass sich eine bedienungslose Wagenauffang- anlage verwirklichen lässt. Der Betrieb einer Ablaufanlage lässt sich somit bei der Anwen- dungder Erfindung weitgehend automatisie ren. Die Bedienung der ganzen Anlage ist von einem festen Standort aus durch Fern steuerung möglich.