Einrichtung zur Wirbelstrombremsung von Schienenfahrzeugen mittels magnetischer Felder Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wir belstrombremsung von Schienenfahrzeugen mittels magnetischer Felder, die von im Gleis fliessenden elektrischen Strömen in einem nach oben offenen U-förmigen magnetischen Kreis erzeugt werden, zwi schen dessen Schenkeln die Radkränze der Schienen fahrzeuge auf einer Fahrschiene hindurchrollen und unterhalb der Lauffläche elektrische Leiter eingelegt sind.
Derartige Einrichtungen sind entwickelt worden, um in Rangieranlagen motorlose Schienenfahrzeuge bremsen und/oder beschleunigen zu- können. Sind die elektrischen Leiter von den Schienen isoliert, so werden durch das Feld des magnetischen Kreises in den rollenden Radkränzen Wirbelströme erzeugt und die Räder abgebremst. Die Einrichtung wirkt dann also als Wirbelstrombremse. Sind die elektrischen Leiter mit den voneinander isolierten Schienen lei tend verbunden, so entstehen durch Zusammenwir ken des magnetischen Feldes mit dem von der einen Schiene zur anderen über die Radsätze fliessenden Strom elektrodynamische Bewegungskräfte.
Diese sind bestrebt, das Fahrzeug mit einer vom Schienen strom abhängigen Stationärgeschwindigkeit in Rich tung auf die Einspeisestelle des betreffenden Gleis abschnittts zu bewegen. Eine solche Einrichtung wirkt bei unter der Stationärgeschwindigkeit liegender Fahrzeuggeschwindigkeit als Beschleunigungseinrich tung und bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit als Verzögerungseinrichtung. Daher sind derartige Ein richtungen auch als Linearmotoren bezeichnet wor den.
Für beide Betriebsarten ist eine Einrichtung vor geschlagen worden, bei der als Fahrschiene ein U-förmiger Körper aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist, bei dem in Längsrichtung verlaufende elektrische Leiter unmittelbar in eine Längsrille des Körpers eingelegt sind und zu beiden Seiten der Fahrzeugräder je eine durchgehende Erhöhung vor gesehen ist, welche den magnetischen Fluss zu den Fahrzeugrädern leiten. Es war beabsichtigt, diese Körper als Ganzes durch ein Walzverfahren herzu stellen. Dabei muss jedoch mit fertigungstechnischen Schwierigkeiten gerechnet werden. Ausserdem ist es dann unmöglich, dem Körper die für den Betrieb günstigste Form zu geben.
Beispielsweise sollen die Innenflächen der beiderseitigen Erhöhungen parallel zueinander verlaufen, damit möglichst schmale Luft spalte gleichbleibender Breite zwischen den Rädern und diesen Erhöhungen bestehen. Aus walztechni- schen Gründen müssen jedoch diese Flächen minde stens eine gewisse Neigung haben. Je geringer die Neigung ist, um so grösser ist die Reibungsbeanspru chung und Abnutzung der Walzen. Ferner können aus fertigungstechnischen Gründen die beiderseitigen Erhöhungen des als Ganzes gewalzten Körpers nur mit geringer, nach oben über die Lauffläche hinaus ragenden Höhe hergestellt werden.
Ihre Höhe soll aber insbesondere bei Wirbelstromgleisbremsen mög lichst so gross sein, wie es bei dem freizuhaltenden Fahrzeugprofil noch zulässig ist. Je höher nämlich die Stellen, an denen der grösste Teil des Kraftflusses den Fahrzeugrädern zugeleitet wird, über der Lauf fläche liegen, desto grösser ist bei Wirbelstromgleis- bremsen die Bremskraft und desto kleiner die erfor derliche Länge der Gleiseinrichtung. Ferner ist es für die Erzielung einer möglichst hohen Wirbel- strombremskraft zweckmässig, am oberen Ende dieser Erhöhungen nach innen vorspringende Polschuhe vorzusehen.
Dann wird der nur wenig wirksame Streuflussanteil, der von der Lauffläche und un mittelbar oberhalb dieser Lauffläche von den Er höhungen zu den Rädern geleitet wird, verringert und der über die Polschuhe geleitete Nutzfluss erhöht. Das Anwalzen dieser Polschuhe beim Herstellen der U-förmigen Körper als Ganzes ist völlig unmöglich. Eine weitere Schwierigkeit entsteht dadurch, dass in den U-förmigen Körper zwischen den Erhöhun gen eine Lauffläche für die Räder erforderlich ist, so dass sich ein unsymmetrisches U-Profil ergibt.
Hierdurch muss beim Abkühlen des warm zu wal zenden Körpers mit Verformungen gerechnet wer den, die durch die üblichen Richtverfahren nicht beseitigt werden können. Dieser Nachteil tritt auch auf, wenn der U-förmige Körper aus zwei ver schiedenen, walzbaren Profilteilen hergestellt wird, die miteinander verschweisst werden. Wird dagegen eine Einrichtung verwendet, deren magnetischer Kreis aus einem walzbaren axialsymmetrischen U-Profil- Teil besteht, in das eine Fahrschiene eingelegt ist, so ergeben sich wieder die obengenannten walz- technischen Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Bremsen von z. B. motorlosen Schienenfahrzeugen mittels magnetischer Felder zu schaffen, bei welcher der magnetische Kreis eine allen Anforderungen gerecht werdende Form erhalten und aus einfachen Teilen zusammengesetzt werden kann, die ohne Schwierigkeit durch ein Walzver- fahren herstellbar sind und durch Schweissen mit einander verbunden werden können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der U-förmige magnetische Kreis aus zwei form- und querschnittsgleichen, durch ein Walzverfahren herstellbaren Winkelprofilteilen besteht, die in der Symmetrieachse des magnetischen Kreises durch eine Schweissnaht verbunden sind und zwischen denen eine gesonderte Fahrschiene einseitig zu dieser Symmetrieachse angeordnet ist.
Die Winkelprofil teile können im einfachsten Falle einen L-förmigen Querschnitt mit ungleichlangen Schenkeln haben, deren kurze Schenkel durch eine Längsnaht mit einander verschweisst sind. Es ist aber auch möglich und insbesondere bei Wirbelstromgleisbremsen zur Erhöhung der Wirbelstrombremskraft vorteilhaft, Winkelprofilteile mit einem umgleichschenkligen U- förmigen Querschnitt zu verwenden.
Als Fahrschiene wird zweckmässigerweise ein umgleichschenkliges, aus ummagnetischem Material gewalztes Winkelprofil teil verwendet, dessen längerer Schenkel an der Innenseite des einen Winkelprofilteiles des magne tischen Kreises durch Schrauben befestigt ist und dessen kürzerer Schenkel die eingelegten elektrischen Leiter teilweise überdeckt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine als Wirbelstromgleisbremse vorgesehene erfindungs- gemässe Einrichtung. Der U-förmige, nach oben offene magnetische Kreis besteht aus zwei form- und querschnittsgleichen Winkelprofilteilen 1 und 2 mit ungleichlangen Schenkeln 10 und 11 bzw. 20 und 21. Diese Teile können ohne Schwierigkeit durch ein Walzverfahren hergestellt werden.
Sie sind spiege- lig zur Symmetrieachse X-X angeordnet und an ihren kurzen Schenkeln 10 und 20 durch Schweiss nähte 3 miteinander verbunden. Die für die Schweiss nähte erforderlichen Abschrägungen sind von vorn herein. durch das Walzverfahren hergestellt. Als Fahrschiene ist das Winkelprofilteil 4 vorgesehen, dessen langer Schenkel 40 mittels Schrauben 5 an der Innenseite des langen Schenkels 11 des Profil teils 1 befestigt ist und sich auf dem kurzen Schenkel 10 dieses Profilteils abstützt. Hierdurch ist eine sichere Lage des Profilteils 4 gewährleistet.
Sie kann noch dadurch verbessert werden, dass die nach oben zeigende Fläche des kurzen Schenkels 41 eine Nei gung erhält, die etwa der Neigung der Laufkranz fläche des strichpunktiert angedeuteten Rades 6 ent spricht. Der kurze Schenkel 41 lässt genügend Raum für die Spurkränze aller vorkommender Räder frei. Er überdeckt teilweise die in den magnetischen Kreis eingelegten elektrischen Leiter 7, die für einen Strom von mehreren 1000 Ampere bemessen sind. Die Leiter sind voneinander und von den Winkelprofil teilen 1, 2 und 4 isoliert und werden in gleicher Richtung vom Strom durchflossen. Hierdurch wird in dem nach oben offenen magnetischen Kreis ein magnetischer Fluss erzeugt, der über die freien Enden der langen Schenkel 11 und 21 zu den zwischen diesen Hindurchrollenden Rädern geleitet wird.
Durch das Zusammensetzen des magnetischen Krei ses aus zwei Winkelprofilteilen wird erreicht, dass die seitlich der Räder liegenden Innenflächen der Schen kel 11 und 21 parallel zu den seitlichen Radflächen liegen und von diesen nur durch einen schmalen Luftspalt getrennt sind. Durch die in der Zeichnung dargestellte umgleichschenklige U-Form der Winkel- profilteile 1 und 2 ist am oberen Ende der langen Schenkel 11 und 21 gewissermassen ein Polschuh vorhanden. Der zwischen dem Rad und diesen Pol schuhen bestehende Luftspalt ist wesentlich schmaler als der Luftspalt in dem unterhalb der Polschuhe liegenden Bereich.
Hierdurch ist der in diesem Be reich zu den Rädern geleitete Flussanteil gering. Der über das Winkelprofilteil 4 zu den Rädern ge leitete Flussanteil kann dadurch gering gemacht wer den, dass dieses Profilteil aus ummagnetischem Mate rial, z. B. Kruppschem Hartstahl, hergestellt wird. Dann wird praktisch der gesamte Fluss als Nutz fluss über die Polschuhe zu den Rädern geleitet, was für eine grösstmögliche Wirbelstrombremskraft wesentlich ist.
Durch die angewalzten Polschuhe steht ferner eine grössere Auflagefläche für zusätzliche Brems schienen zur Verfügung, die nach einem bekannt gewordenen Vorschlag auf den seitlich der Räder oberhalb der Fahrfläche liegenden Teilen des ma gnetischen Kreises beweglich gelagert sein sollen. Diese Bremsschienen werden dann durch den ma gnetischen Kraftfluss gegen die Radflanken gepresst, wodurch ausser einer Erhöhung der Wirbelstrom- bremskraft eine zusätzliche mechanische Bremskraft auftritt.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Beispielsweise kön nen anstatt der dargestellten U-förmigen Winkel profilteile 1 und 2 auch solche mit L-förmigem oder - zur Vergrösserung der Auflagefläche für zu sätzliche Bremsschienen - mit Z-förmigem Quer schnitt verwendet werden. Ferner ist es möglich, anstatt einer L-förmigen Fahrschiene eine doppel- T-förmige Fahrschiene zu verwenden, deren Schienen fluss mittels Schrauben auf dem Boden des U-förmi- gen magnetischen Kreises befestigt ist.
Device for eddy current braking of rail vehicles by means of magnetic fields The invention relates to a device for Wirbelstrombremsung of rail vehicles by means of magnetic fields that are generated by electric currents flowing in the track in an upwardly open U-shaped magnetic circuit, between the legs of the wheel rims of the rails vehicles roll through on a running rail and electrical conductors are inserted below the tread.
Such devices have been developed in order to be able to brake and / or accelerate motorless rail vehicles in shunting systems. If the electrical conductors are isolated from the rails, the field of the magnetic circuit generates eddy currents in the rolling wheel rims and brakes the wheels. The device then acts as an eddy current brake. If the electrical conductors are conductively connected to the rails, which are insulated from one another, the interaction of the magnetic field with the current flowing from one rail to the other via the wheel sets creates electrodynamic motive forces.
These strive to move the vehicle at a steady-state speed that is dependent on the rail current in the direction of the feed point of the relevant track section. Such a device acts as an acceleration device when the vehicle speed is below the stationary speed and as a deceleration device when the vehicle speed is higher. Therefore, such a devices are also referred to as linear motors wor the.
For both modes of operation, a device has been proposed in which a U-shaped body made of ferromagnetic material is provided as the running rail, in which the longitudinal electrical conductors are inserted directly into a longitudinal groove of the body and a continuous increase on both sides of the vehicle wheels is seen before, which direct the magnetic flux to the vehicle wheels. It was intended to manufacture these bodies as a whole by a rolling process. However, manufacturing difficulties must be expected. In addition, it is then impossible to give the body the most favorable shape for operation.
For example, the inner surfaces of the elevations on both sides should run parallel to one another so that the narrowest possible air gaps of constant width exist between the wheels and these elevations. For reasons of rolling technology, however, these surfaces must have at least a certain incline. The lower the inclination, the greater the frictional stress and wear on the rollers. Furthermore, for manufacturing reasons, the elevations on both sides of the body rolled as a whole can only be produced with a small height protruding upward beyond the running surface.
Their height should, however, be as large as possible, particularly in the case of eddy current track brakes, as is still permissible for the vehicle profile to be kept clear. Namely, the higher the points at which most of the power flow is directed to the vehicle wheels are above the running surface, the greater the braking force in eddy current track brakes and the smaller the required length of the track system. Furthermore, in order to achieve the highest possible eddy current braking force, it is expedient to provide inwardly projecting pole shoes at the upper end of these elevations.
Then the only slightly effective leakage flux component, which is passed from the running surface and un indirectly above this running surface from the elevations to the wheels, is reduced and the useful flow directed via the pole shoes is increased. Rolling on these pole shoes when producing the U-shaped body as a whole is completely impossible. Another difficulty arises from the fact that a running surface for the wheels is required in the U-shaped body between the elevations, so that an asymmetrical U-profile results.
As a result, when the body to be rolled cools, deformations must be expected that cannot be eliminated by the usual straightening process. This disadvantage also occurs when the U-shaped body is made from two different ver rollable profile parts that are welded together. If, on the other hand, a device is used whose magnetic circuit consists of a rollable, axially symmetrical U-profile part into which a running rail is inserted, the above-mentioned technical rolling difficulties arise again.
The invention has for its object to provide a device for braking z. B. to create motorless rail vehicles by means of magnetic fields, in which the magnetic circuit can be given a shape that meets all requirements and can be assembled from simple parts that can be produced without difficulty by a rolling process and connected to one another by welding.
According to the invention, this is achieved in that the U-shaped magnetic circuit consists of two angular profile parts of the same shape and cross-section, which can be produced by a rolling process, which are connected in the axis of symmetry of the magnetic circuit by a weld and between which a separate rail is arranged on one side of this axis of symmetry is.
The angle profile parts can in the simplest case have an L-shaped cross section with legs of unequal length, the short legs of which are welded to one another by a longitudinal seam. However, it is also possible, and particularly advantageous in the case of eddy current track brakes, to increase the eddy current braking force, to use angle profile parts with a U-shaped cross-section with equal sides.
As a running rail, an equal-legged, rolled from umagnetic material angle profile part is used, the longer leg of which is attached to the inside of an angle profile part of the magnetic circle by screws and whose shorter leg partially covers the inserted electrical conductor.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained below. The drawing shows a cross section through a device according to the invention provided as an eddy current track brake. The U-shaped, upwardly open magnetic circuit consists of two angular profile parts 1 and 2 of identical shape and cross-section with legs 10 and 11 or 20 and 21 of unequal length. These parts can be produced without difficulty by a rolling process.
They are arranged in a mirror to the axis of symmetry X-X and are connected to one another at their short legs 10 and 20 by welds 3. The bevels required for the weld seams are from the start. manufactured by the rolling process. The angle profile part 4 is provided as the running rail, the long leg 40 of which is attached by means of screws 5 to the inside of the long leg 11 of the profile part 1 and is supported on the short leg 10 of this profile part. This ensures that the profile part 4 is in a secure position.
It can be further improved in that the upward-facing surface of the short leg 41 receives an inclination which corresponds approximately to the inclination of the tread surface of the wheel 6 indicated by dash-dotted lines. The short leg 41 leaves enough space for the flanges of all existing wheels. It partially covers the electrical conductors 7 inserted into the magnetic circuit, which are dimensioned for a current of several 1000 amperes. The conductors are isolated from each other and from the angle profile parts 1, 2 and 4 and are traversed by the current in the same direction. As a result, a magnetic flux is generated in the upwardly open magnetic circuit, which is conducted via the free ends of the long legs 11 and 21 to the wheels rolling through between these.
By assembling the magnetic Krei ses from two angled profile parts it is achieved that the inner surfaces of the legs 11 and 21 lying to the side of the wheels are parallel to the lateral wheel surfaces and are only separated from them by a narrow air gap. As a result of the U-shape of the angular profile parts 1 and 2, shown in the drawing, there is to a certain extent a pole shoe at the upper end of the long legs 11 and 21. The existing air gap between the wheel and these pole shoes is much narrower than the air gap in the area below the pole shoes.
As a result, the flow portion directed to the wheels in this area is low. The ge over the angular profile part 4 to the wheels directed flow portion can thereby be made low who the that this profile part made of umagnetic mate rial, z. B. Krupp's hard steel is produced. Then practically the entire flow is conducted as useful flow via the pole shoes to the wheels, which is essential for the greatest possible eddy current braking force.
Due to the rolled pole shoes, a larger contact surface for additional brake rails is available, which should be movably mounted according to a proposal that has become known on the side of the wheels above the driving surface parts of the ma magnetic circle. These brake rails are then pressed against the wheel flanks by the magnetic force flow, which means that, in addition to increasing the eddy current braking force, an additional mechanical braking force occurs.
The application of the invention is not restricted to the example shown. For example, NEN instead of the illustrated U-shaped angle profile parts 1 and 2 also those with an L-shaped or - to increase the contact surface for additional brake rails - are used with a Z-shaped cross-section. Furthermore, instead of an L-shaped rail, it is possible to use a double T-shaped rail, the rail flow of which is fastened to the base of the U-shaped magnetic circuit by means of screws.