DE102012014158A1

DE102012014158A1 - Verfahren zur Überprüfung von Magnetschienenbremsen und Wirbelstrombremsen für Schienenfahrzeuge sowie Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren

Info

Publication number: DE102012014158A1
Application number: DE201210014158
Authority: DE
Inventors: Harald Löser
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: Deutsche Bahn AG
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: DE102012014158B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der wirkenden Magnete einer Magnetschienenbremse für Schienenfahrzeuge auf der Schienenoberfläche bzw. zur Überprüfung des Einhaltens des vorgeschriebenen Abstands zwischen den Polspulen einer Wirbelstrombremse und der Schienenoberfläche im Rahmen einer Bremsprobe. Die Verfahren können sowohl bei Stillstand des Schienenfahrzeugs, als auch zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse bzw. Wirbelstrombremse während der Fahrt durchgeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung entsprechende Magnetschienen- und Wirbelstrombremsen zur Durchführung der Bremsprobeverfahren. Die Bremsen werden hierbei in bekannter Form auf bzw. in die Nähe der Schienenoberfläche gebracht. Dann wird ausgenutzt, dass bei ordnungsgemäßem Funktionszustand die elektromagnetischen Anziehungskräfte, die die Bremsen auf bzw. an der Schiene halten, größer sind als die Kräfte, die zum Absenken verwendet wurden. Durch Abschalten der nicht-elektromagnetischen Kräfte wird überprüft, ob die Bremse auf der Schiene bleibt. Ist dies nicht der Fall, ist die Bremse nicht in ordnungsgemäßem Zustand.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der wirkenden Magnete einer Magnetschienenbremse für Schienenfahrzeuge auf der Schienenoberfläche bzw. zur Überprüfung des Einhaltens des vorgeschriebenen Abstands zwischen den Polspulen einer Wirbelstrombremse und der Schienenoberfläche im Rahmen einer Bremsprobe. Die Verfahren können sowohl bei Stillstand des Schienenfahrzeugs, als auch zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse während der Fahrt durchgeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung entsprechende Magnetschienen- und Wirbelstrombremsen zur Durchführung der Bremsprobeverfahren.
Magnetschienenbremsen bestehen i. a. aus eisernen Polschuhen, in die Elektromagnete integriert sind. Die Polschuhe sind oberhalb und längs der Schienenoberfläche am Drehgestellrahmen des Schienenfahrzeugs angeordnet. Sie können zusätzlich zu den direkt auf die Radsätze wirkenden Klotz- oder Scheibenbremsen zur Erhöhung der Bremskraft auf die Schienenoberfläche abgesenkt werden. Beim Absetzen auf die Schienenoberfläche wird aufgrund des direkten Kontakts der Magnetschienenbremse mit der Schiene durch Reibung eine starke Bremswirkung erzielt. Das Absetzen auf die Schiene erfolgt bei Hochaufhängung mithilfe von Druckluft pneumatisch entgegen der durch Rückholfedern auf die Magnetschienenbremse wirkenden Rückstellkraft. Bei der sog. Hoch-Tief-Aufhängung erfolgt das Absetzen auf die Schiene durch Ablassen von Druckluft aus den Luftfedern in den Ringbälgen bis ca. 10 mm über die Schienenoberfläche. Zusätzlich werden die integrierten Elektromagnete in den Polschuhen (auch Schleifschuhe genannt) eingeschaltet, sodass die Polschuhe durch elektromagnetische Kräfte an die Schiene angepresst werden. Zusätzlich zur Reibungskraft zwischen Schleifschuh und Schienenkopfoberfläche wird durch das sich mit dem Schienenfahrzeug gegenüber der ruhenden Schiene bewegende elektromagnetische Feld der Elektromagnete in der Schiene ebenfalls ein elektromagnetisches Feld induziert. Das induzierte Feld wirkt seiner Ursache, das heißt, der relativen Bewegung zwischen Schienenfahrzeug und Schiene entgegen und trägt so, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, zur Bremswirkung bei.
Die Wirbelstrombremse wird bei einem Bremsvorgang i. a. durch Entlüften der Luftfederbälge abgesenkt (Hoch-Tief-Aufhängung), bis die Polspulen der Magnete in einem vorgegebenen Abstand über der Schienenoberkante gehalten werden. Durch Einschalten des Erregerstroms kommt es bei Bewegung relativ zur ruhenden Schiene zur Ausbildung von Wirbelströmen, die eine Bremskraft in horizontaler Richtung bewirken. Zusätzlich entsteht eine ebenfalls geschwindigkeitsabhängige vertikale Anziehungskraft zwischen den Schienen und den Bremsmagneten. Während einer Bremsung wird in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich der vertikalen elektromagnetischen Anziehungskraft durch geregeltes Belüften der Luftfederbälge zumindest teilweise entgegengewirkt, um den korrekten Abstand zwischen den Polspulen und der Schienenoberkante einzuhalten.
Um bei der bestehenden Streckensicherungstechnik hohe Geschwindigkeiten fahren zu können, sind bestimmte Mindestbremsleistungen vorgeschrieben, die teilweise nur durch funktionierende Magnetschienenbremsen oder Wirbelstrombremsen erreicht werden können. Aus diesem Grund ist die Überwachung der Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse ein wichtiger sicherheitsrelevanter Vorgang beim Betrieb von Schienenfahrzeugen. Bei der Bremsprobe von Schienenfahrzeugen wird deshalb bei Bedarf die Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse bzw. Wirbelstrombremse mit überprüft. Für eine einwandfreie Funktion der Magnetschienenbremse ist es erforderlich, dass die Polschuhe sicher auf der Schienenkopfoberfläche aufliegen. Nur bei möglichst direktem Kontakt des Schleifschuhs mit der Schiene kann die Wirkung der Elektromagnete und auch des induzierten Feldes voll zur Geltung kommen. Bei der Bremsprobe muss deshalb sichergestellt werden, dass die Polschuhe tatsächlich sicher auf die Schienenkopfoberfläche abgesenkt werden. Für eine einwandfreie Funktion der Wirbelstrombremse ist es erforderlich, dass die Polschuhe sicher in einem vorgegebenen Abstand über der Schienenkopfoberfläche gehalten werden. Nur bei möglichst exaktem Abstand des Polschuhs von der Schiene kann die Wirkung der Elektromagnete und auch des induzierten Feldes voll zur Geltung kommen. Bei der Bremsprobe muss deshalb sichergestellt werden, dass die Polschuhe tatsächlich sicher auf den exakten Abstand zur Schienenkopfoberfläche abgesenkt werden.
Die einwandfreie Funktion der Bremsen ist auch bei ungünstigen Witterungsverhältnissen, z. B. bei Eis und Schnee zu gewährleisten. Bei der Magnetschienenbremse kann z. B. eine Eisschicht am Schleifschuh den direkten Kontakt zwischen Schleifschuh und Schiene verhindern, sodass die Magnetschienenbremse nicht vorschriftsmäßig zur Bremsleistung des Schienenfahrzeugs beiträgt. Bei der Wirbelstrombremse kann z. B. eine Eisschicht am Polschuh den exakten Abstand zwischen Schleifschuh und Schiene verhindern, sodass die Wirbelstrombremse nicht vorschriftsmäßig zur Bremsleistung des Schienenfahrzeugs beiträgt.
Die Bremsprobe für die Magnetschienenbremsen erfolgt an Schienenfahrzeugen üblicherweise, indem durch eine Sichtkontrolle an jeder einzelnen Magnetschienenbremse das sichere Aufliegen auf der Schienenkopfoberfläche nachgewiesen wird. Um dieses zeitaufwändige Verfahren zu beschleunigen, wurden bereits technische Vorrichtungen entwickelt, die mithilfe einer geeigneten Sensorik den sicheren Kontakt zwischen Schleifschuh und Schiene automatisiert nachweisen können. Für Wirbelstrombremsen existiert eine solche Automatisierung nicht. Hier wird im Rahmen der Fristenarbeiten bei einem Aufenthalt des Fahrzeugs im Instandhaltungswerk die Wirbelstrombremse abgesenkt und mithilfe von Fühlerlehren der Abstand zwischen den Polspulen und der Schienenoberfläche überprüft.
Die DE 10 2010 024 686 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung einer Magnetschienenbremse an Schienenfahrzeugen. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die magnetische Induktion des Magnetschienenbremskreises ändert, sobald die Polschuhe mit dem Schienenstahl in Berührung kommen. Durch Bewertung des Strom- und Spannungsverlaufs im Stromkreis zur Bestromung der Elektromagnete in der Magnetschienenbremse kann der Kontakt zur Schiene nachgewiesen werden. Bis zum Kontakt mit der Schiene steigt die Stromstärke zunächst an. Sobald der Kontakt mit der Schiene hergestellt ist, fällt die Stromstärke auf ein Minimum ab, um anschließend wieder anzusteigen. Dieses Minimum in der Stromstärke wird erfasst, indem die zeitliche Reihenfolge der Strom-Messwerte automatisiert bewertet wird.
Die DE 10 2008 059 882 B4 beschreibt eine Vorrichtung und ebenfalls ein Verfahren zur Überwachung einer Magnetbremse an Schienenfahrzeugen. Die Patentschrift verwendet den gleichen Effekt der Stromstärkenabsenkung, wie die zuvor genannte DE 10 2010 024 686 A1 . Die Dokumente unterscheiden sich hinsichtlich der Signalauswertung. Bei der DE 10 2008 059 882 B4 wird das Minimum in der Stromstärke, das bei Kontakt des Schleifschuhs mit der Schiene entsteht, erfasst, indem die erste Ableitung des zeitlichen Verlaufs der Stromkurve bestimmt wird. Nach zwei Nulldurchgängen der zeitlichen Ableitung wird das Minimum in den Strom- bzw. Spannungskurven erkannt. Darüber hinaus werden Anregungen für weitere Verfahren zum Nachweis des Kontakts der Polschuhe mit der Schiene gegeben. So z. B. die Überwachung der Magnetbremse mithilfe eines Schwingkreises. Bei Kontakt mit der Schiene erhält der Schwingkreis eine andere Resonanzfrequenz als bei seiner beabstandeten Ruheposition. Durch Überwachen der Resonanzfrequenz kann daher ebenfalls die Auflage auf der Schiene nachgewiesen werden. Weiterhin können Lagesensoren auf den Bremsmagneten angeordnet werden, die den Abstand zwischen den Magneten und der Schienenoberfläche messen. Ferner können Thermometer die Temperatur im Bremsmagneten bzw. des Schienenkopfes vor und hinter dem Bremsmagneten bestimmen. Die bei Kontakt mit der Schiene während der Fahrt erzeugte Wärme kann so bestimmt und als Nachweis für den Kontakt verwendet werden. Ein weiteres Verfahren zum Nachweis des Kontakts zwischen Bremsmagnet und Schiene wird angegeben als Vergleich der Einschaltstromkurven für die Bremsmagnete vor Absenken der Bremsmagnete und nach einer vorgegebenen Zeit nach Einschalten der Absenkung. Wenn der Bremsmagnet tatsächlich auf der Schiene aufliegt, weist der Einschaltstrom einen anderen zeitlichen Verlauf auf als zuvor.
Der wesentliche Nachteil des Stands der Technik ist, dass zusätzlich zu den bei Schienenfahrzeugen bereits eingesetzten Komponenten der Magnetschienenbremse und deren Steuerung, weitere Sensorik und Auswerte-Komponenten benötigt werden. Ein Nachrüsten auf bereits ausgelieferte Schienenfahrzeuge ist nur möglich, wenn diese zusätzlichen Komponenten zeit- und kostenintensiv installiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der wirkenden Magnete einer Magnetschienenbremse für Schienenfahrzeuge auf der Schienenoberfläche bereitzustellen, das sowohl bei Stillstand des Schienenfahrzeugs im Rahmen einer Bremsprobe, als auch zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse während der Fahrt durchgeführt werden kann und trotzdem ohne zusätzliche Einbauten zur bestehenden Magnetschienenbremsausrüstung für heutige Schienenfahrzeuge verwendet werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überprüfung des Absenkens der Magnete einer Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge auf den vorgeschriebenen Abstand zur Schienenoberfläche bereitzustellen, das sowohl bei Stillstand des Schienenfahrzeugs im Rahmen einer Bremsprobe, als auch zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Wirbelstrombremse während der Fahrt durchgeführt werden kann und trotzdem ohne zusätzliche Einbauten zur bestehenden Wirbelstrombremsausrüstung für heutige Schienenfahrzeuge verwendet werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, entsprechend eingerichtete Magnetschienen- bzw. Wirbelstrombremsen zur Durchführung der Bremsprobeverfahren bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 4 sowie die erfindungsgemäß eingerichteten Magnetschienen- bzw. Wirbelstrombremsen gemäß Anspruch 7 bzw. 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe der Erfindung kann für derzeit marktübliche Magnetschienenbremsen ohne jede zusätzliche Sensorik und komplizierte Signalanalyse gelöst werden, indem die Verhältnisse zwischen den auf die Polschuhe ausübbaren Kräften ausgenutzt und die Kräfte in einen geschickt gewählten zeitlichen Zusammenhang gebracht werden. Diese Kräfte setzen sich zusammen aus

– der Rückstellkraft der Rückholfedern, die die Magnetschienenbremse in ihre obere Ruhelage, d. h. von der Schiene wegzieht,
– der i. a. pneumatischen Absenkkraft, die von den Absenkzylindern gegen die Rückholfedern ausgeübt wird, wenn die Absenkzylinder mit Druckluft beaufschlagt werden und
– der elektromagnetischen Kraft zwischen den eingeschalteten Elektromagneten in den Polschuhen und der Schiene.

Im normalen Verwendungsfall einer Magnetschienenbremse werden die Polschuhe mithilfe der pneumatischen Absenkkraft auf die Schienen gedrückt, indem über eine Steuereinheit die Absenkzylinder über ein schaltbares Magnetventil mit Druckluft beaufschlagt werden. Der Druck in den Absenkzylindern wird von Drucksensoren überwacht und an die Steuereinheit übermittelt. Im Laufe des Absenkens werden die Elektromagnete in den Polschuhen eingeschaltet. Erst unmittelbar vor dem Aufsetzen der Polschuhe auf die Schiene beginnt die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen den Elektromagneten und der Schiene einen deutlichen Beitrag zur Gesamtniederhaltekraft zu liefern. Sobald der Kontakt mit der Schiene ausreichend hergestellt ist, übersteigt die elektromagnetische Kraft die Rückstellkraft der Rückholfedern. Die pneumatische Absenkkraft bleibt hierbei während des ganzen Bremsvorgangs wirksam. Beim Beenden des Bremsvorgangs werden von der Steuereinheit zuerst die Wirkmagnete der Magnetschienenbremse ausgeschaltet und anschließend die Absenkzylinder entlüftet. Die Rückstellkraft der Rückholfedern zieht die Magnetschienenbremse wieder in ihre obere Endlage zurück. Die obere Endlage der Magnetschienenbremse wird von einem Hochlagenschalter erfasst und ebenfalls an die Steuereinheit gemeldet. Der ganze Vorgang zwischen dem manuellen Ein- und Ausschalten der Magnetschienenbremse wird von einer Software in einer Steuereinheit automatisch gesteuert. Die Steuereinheit steuert den zeitlichen Ablauf der Ein- und Abschaltvorgänge für den Wirkstrom der Elektromagnete genauso, wie das Öffnen und Schließen des Magnetventils zur Regelung der Druckluftbeaufschlagung der Absenkzylinder. Mithilfe der Daten der Steuereinheit kann über eine Anzeigeeinheit somit der Zustand der Magnetschienenbremse dargestellt werden. Dabei ist jedoch noch nicht erkennbar, ob die Magnetschienenbremse tatsächlich einen sicheren Kontakt zur Schienenoberfläche hat oder nicht. Anstatt nun mit zusätzlicher Sensorik den Kontakt der Polschuhe mit der Schiene zu messen, nutzt das Verfahren gemäß Anspruch 1 aus, dass die elektromagnetische Kraft zwischen den Polschuhen und der Schiene bei Kontakt größer als die Rückstellkraft der Rückholfeder in den Absenkzylindern ist. Durch Abschalten der pneumatischen Absenkkraft wird demnach die Magnetschienenbremse bei vorhandenem Kontakt mit der Schiene auch allein durch die elektromagnetische Kraft der Elektromagnete auf dem Schienenkopf festgehalten. Falls der Kontakt nicht vorschriftsmäßig hergestellt werden kann, bringen die Rückholfedern die Magnetschienenbremse in kurzer Zeit wieder in die obere Endlage zurück. Erfasst also die Steuereinheit bei entlüfteten Absenkzylindern innerhalb eines Prüfzeitraums t_P keine obere Endlage der Magnetschienenbremse, kann zuverlässig davon ausgegangen werden, dass der Schleifschuh sicher auf der Schiene von der Kraft der Elektromagnete festgehalten wird. Somit ergeben sich erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte:
Die Bremsprobe kann

• manuell durch Bedienen des Tasters „Mg-Bremse prüfen” im Führerstand bzw. an der Fahrzeuglängsseite
• durch Bedienen des Buttons „Mg-Bremse prüfen” im MMI (Mensch Maschine Interface)
• oder automatisch durch den Prüflauf der automatischen Bremsprobe

Anschließend wird von der Steuereinheit der Magnetschienenbremse das Magnetventil der Absenkzylinder geöffnet, sodass die Absenkzylinder mit Druckluft beaufschlagt werden. Durch den pneumatischen Druck in den Absenkzylindern werden die Polschuhe gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern zur Schienenkopfoberfläche abgesenkt. Sobald die Magnetschienenbremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Von der Software in der Steuereinheit wird dann noch während der Absenkphase den Wirkstrom der Magnete in der Magnetschienenbremse eingeschaltet. Dies erfolgt, wenn der Druck in den Absenkzylindern einen bestimmten Wert P_A überschritten hat oder bereits im gleichen Moment, in dem der Druck in den Absenkzylindern aufgebaut wird. Bei diesem Druck ist gewährleistet, dass die pneumatische Absenkkraft ausreicht, um die Rückstellkraft der Rückholfedern zu überwinden. Weiterhin ist davon auszugehen, dass bei diesem Mindestdruck die Magnetschienenbremse innerhalb einer bestimmten Absenkzeit t_A auf die Schiene gepresst wird. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Magnetschienenbremse und sicherem Aufliegen auf der Schiene muss nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten ausreichen, um alleine die Polschuhe auf der Schiene zu halten. Nach Ablauf von t_A kann daher von der Steuereinheit durch automatisches Öffnen des zugehörigen Magnetventils die Druckluft aus den Absenkzylindern abgelassen werden. Ein Restdruck P_U << P_A in den Absenkzylindern soll dazu dienen, im Falle einer nicht ordnungsgemäß funktionierenden Magnetschienenbremse zu verhindern, dass die Bremskonstruktion ungedämpft in die obere Endlage hochschnellt. Nun wirkt der Rückstellkraft der Rückholfedern nur noch die Kraft zwischen den Elektromagneten in den Polschuhen und der Schiene entgegen. Bleibt die Magnetschienenbremse auf der Schiene, ist das sichere Aufliegen auf der Schiene nachgewiesen worden. Zum Nachweis reicht ein Prüfzeitraum t_P aus, der etwas größer ist, als die Zeit, die die Rückholfedern benötigen, um die Magnetschienenbremse von der unteren Schienenauflage wieder in die obere Endlage zurückzubringen. Diese Zeit ist abhängig vom Restdruck, der in den Rückholzylindern noch über das Magnetventil eingestellt ist und über die Drucksensoren an die Steuereinheit übermittelt wird. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P der Hochlagenschalter nicht schaltet und somit anzeigt, dass die Magnetschienenbremse nicht in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird dies von der Software in der Steuereinheit erkannt und auf der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt. Falls innerhalb des Prüfzeitraums der Hochlagenschalter anzeigt, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird dies von der Software in der Steuereinheit ebenfalls erkannt. Auf der Anzeigeeinheit wird entsprechend eine nicht funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt. Um die Sicherheit der Prüfung für den Fall zu erhöhen, dass nur ein Magnet nicht sicher auf der Schiene aufliegt und damit die Magnetschienenbremse bei der Rückkehr in die obere Endlage schräg gezogen wird, kann optional mindestens ein zweiter Hochlagenschalter installiert werden. Die Hochlagenschalter werden in einem entsprechenden Abstand so an dem Drehgestellrahmen befestigt, dass eine schräg hängende Magnetschienenbremse erkannt und sofort abgeschaltet wird. Falls die Magnetschienenbremse noch auf der Schiene festgehalten wird, muss nun noch die Prüfung adäquat beendet werden.
Nach Ablauf des Prüfzeitraums wird von der Steuereinheit das Magnetventil geschaltet, um die Absenkzylinder wie zum Absenkvorgang erneut mit Druckluft zu beaufschlagen. Nun reicht die pneumatische Absenkkraft wieder aus, um die Magnetschienenbremse gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern unten zu halten. Von der Steuereinheit wird anschließend der Wirkstrom der Magnetschienenbremse abgeschaltet. Durch das erneute Entlüften über das Magnetventil wird von der Steuereinheit nun die Magnetschienenbremse mithilfe der Rückstellkräfte der Rückholfedern wieder in die obere Endlage zurück gebracht. Die Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Anspruch 2 beschreibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Anspruchs 1. Hier werden die Parameter für eine stationäre Bremsprobe so gewählt, dass bei derzeit marktüblichen Magnetschienenbremsen die Bremsprobe sicher und zügig durchgeführt werden kann. Aufgrund der üblichen Rückstellkräfte der Rückholfedern und pneumatischen Kräfte der Absenkzylinder ergeben sich vorteilhafterweise die Werte für den Prüfzeitraum t_P und den Mindestdruck P_U in den Absenkzylindern während des Prüfzeitraums zu t_P zwischen 5 und 10 s, P_U <= 0,5 bar.
Anspruch 3 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Anspruchs 1. Hier werden die Parameter für eine dynamische Bremsprobe so gewählt, dass bei derzeit marktüblichen Magnetschienenbremsen die Bremsprobe sicher und zügig während der Fahrt durchgeführt werden kann. Bei der dynamischen Bremsprobe ist zu beachten, dass aufgrund der hohen Bremswirkung der Magnetschienenbremse der Prüfzeitraum t_P vorteilhaft möglichst kurz gewählt wird, sodass andere Werte als bei der stationären Bremsprobe gewählt werden sollten. Vorteilhafterweise wird t_P zwischen 3 und 5 s bei einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs v_P zwischen 80 und 100 km/h gewählt. Die einzelnen Magnetschienenbremsen werden vorteilhaft zeitlich versetzt angesteuert, um eine zu hohe Verzögerung des Zuges zu vermeiden.
Anspruch 4 beschreibt, wie die Aufgabe der Erfindung für derzeit marktübliche Wirbelstrombremsen ohne jede zusätzliche Sensorik und komplizierte Signalanalyse gelöst wird, indem die Verhältnisse zwischen den auf die Polspulen ausübbaren Kräften ausgenutzt und die Kräfte in einen geschickt gewählten zeitlichen Zusammenhang gebracht werden. Diese Kräfte setzen sich zusammen aus

– der Rückstellkraft der Luftfederbälge in den Ringbalgaufhängungen, die bei Beaufschlagung mit Druckluft die Wirbelstrombremse in ihre obere Ruhelage, d. h. von der Schiene wegziehen,
– der elektromagnetischen Anziehungskraft zwischen den eingeschalteten Elektromagneten in den Polspulen und der Schiene
– der Gewichtskraft auf die Wirbelstrombremsen-Konstruktion.

Im normalen Verwendungsfall einer Wirbelstrombremse werden die Polspulen mithilfe der Schwerkraft abgesenkt, indem über eine Steuereinheit die Luftfederbälge in den Ringbalgaufhängungen entlüftet werden. Der Druck in den Luftfederbälgen wird von Drucksensoren überwacht und an die Steuereinheit übermittelt. Im Laufe des Absenkens werden die Elektromagnete eingeschaltet. Erst unmittelbar vor dem Aufsetzen der Polschuhe auf die Schiene beginnt die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen den Elektromagneten und der Schiene einen deutlichen Beitrag zur Gesamtniederhaltekraft zu liefern. Um den erforderlichen Luftspalt zwischen den Polspulen und der Schienenoberkante einzustellen, werden die Luftfederbälge bei erregten Elektromagneten derart mit Druckluft gefüllt (Vertikalentlastung), dass der Luftspalt nahezu konstant bleibt. Beim Beenden des Bremsvorgangs wird von der Steuereinheit zuerst der Erregerstrom für die Polspulen der Wirbelstrombremse ausgeschaltet und anschließend die Luftfederbälge in den Ringbalgaufhängungen mit erhöhtem Druck beaufschlagt. Die Rückstellkraft der Luftfederbälge zieht die Wirbelstrombremse wieder in ihre obere Endlage zurück. Die obere Endlage der Wirbelstrombremse wird von einem Hochlagenschalter erfasst und ebenfalls an die Steuereinheit gemeldet. Der ganze Vorgang zwischen dem manuellen Ein- und Ausschalten der Wirbelstrombremse wird von einer Software in einer Steuereinheit automatisch gesteuert. Die Steuereinheit steuert den zeitlichen Ablauf der Ein- und Ausschaltvorgänge für den Erregerstrom der Polspulen genauso, wie das Öffnen und Schließen der Magnetventile zur Regelung der Druckluftbeaufschlagung der Luftfederbälge. Mithilfe der Daten der Steuereinheit kann über eine Anzeigeeinheit somit der Zustand der Wirbelstrombremse dargestellt werden. Dabei ist jedoch noch nicht erkennbar, ob die Wirbelstrombremse tatsächlich den korrekten Abstand zur Schienenoberfläche erreicht hat oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass die elektromagnetische Kraft zwischen den Polspulen und der Schiene bei korrektem Abstand zur Schienenoberfläche größer ist, als die Rückstellkraft der Luftfederbälge in den schwächer belüfteten Ringbalgaufhängungen (Vertikalentlastung). Trotz einer gezielt erhöhten Druckbeaufschlagung der Luftfederbälge wird demnach die Wirbelstrombremse bei vorgegebenem Erregerstrom durch die elektromagnetische Kraft der Polspulen in der Nähe der Schienen gehalten. Falls der Abstand zur Schiene nicht vorschriftsmäßig hergestellt werden kann, bringen die mit Druckluft beaufschlagten Luftfederbälge die Polspulen in kurzer Zeit wieder in die obere Endlage zurück. Erfasst also die Steuereinheit nach dem Absenken bei erhöht wiederbelüfteten Luftfederbälgen innerhalb eines Prüfzeitraums t_P keine obere Endlage der Magnetschienenbremse, kann zuverlässig davon ausgegangen werden, dass die Polspulen den vorgeschriebenen Abstand zur Schiene einhalten. Somit ergeben sich erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte:
Die Bremsprobe wird durch das Aktivieren eines softwaregesteuerten Prüflaufes aktiviert. Der Prüflauf kann Bestandteil einer

• automatischen Bremsprobe
• einer benutzergeführten Bremsprobe
• separaten Bremsprobe der Wirbelstrombremse

Anschließend werden von der Steuereinheit der Wirbelstrombremse die Magnetventile der Luftfederbälge geöffnet, sodass die Polspulen aufgrund der Gewichtskraft zur Schienenkopfoberfläche abgesenkt werden. Sobald die Wirbelstrombremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Die Software in der Steuereinheit kann dann noch während der Absenkphase den Wirkstrom der Magnete in der Wirbelstrombremse einschalten. Dies erfolgt, wenn der Druck in den Luftfederbälgen einen bestimmten Wert P_A unterschritten hat oder bereits im gleichen Moment, in dem der Druck in den Luftfederbälgen abgebaut wird. Weiterhin ist davon auszugehen, dass die Wirbelstrombremse innerhalb einer bestimmten Absenkzeit t_A in die untere Endlage abgesenkt wird. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Wirbelstrombremse und ordnungsgemäßem Abstand der Polspulen zur Schiene muss nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten ausreichen, um die Polspulen auch gegen belüftete Luftfederbälge in der Nähe der Schiene zu halten. Bleibt die Wirbelstrombremse in der Nähe der Schiene, ist ihre ordnungsgemäße Funktion nachgewiesen worden. Zum Nachweis reicht ein Prüfzeitraum t_P aus, der etwas größer ist, als die Zeit, die die Luftfederbälge benötigen, um die Wirbelstrombremse von der unteren Lage wieder in die obere Endlage zurückzubringen. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P der Hochlagenschalter nicht schaltet und somit anzeigt, dass die Wirbelstrombremse nicht in die obere Endlage zurückgekehrt ist, erkennt dies die Software in der Steuereinheit und zeigt auf der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Wirbelstrombremse an. Falls innerhalb des Prüfzeitraums der Hochlagenschalter anzeigt, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird dies von der Software in der Steuereinheit ebenfalls erkannt. Auf der Anzeigeeinheit wird entsprechend eine nicht funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt. Falls die Wirbelstrombremse noch in der Nähe der Schiene festgehalten wird, muss nun noch die Prüfung adäquat beendet werden. Nach Ablauf des Prüfzeitraums schaltet die Steuereinheit das Magnetventil, um die Luftfederbälge wie zum Absenkvorgang erneut zu entlüften. Nun reicht die Gewichtskraft wieder aus, um die Wirbelstrombremse unten zu halten. Die Steuereinheit schaltet den Wirkstrom der Wirbelstrombremse ab. Durch das erneute Belüften der Luftfederbälge bringt die Steuereinheit anschließend die Wirbelstrombremse mithilfe der Rückstellkräfte der Luftfederbälge wieder in die obere Endlage zurück. Die Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Anspruch 5 beschreibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Anspruchs 4. Hier werden die Parameter für eine stationäre Bremsprobe so gewählt, dass bei derzeit marktüblichen Wirbelstrombremsen die Bremsprobe sicher und zügig durchgeführt werden kann. Aufgrund der üblichen Rückstellkräfte der Luftfederbälge ergeben sich vorteilhafterweise die Werte für den Prüfzeitraum t_P zwischen 5 und 10 s. Der Druck in den Luftfederbälgen während des Prüfzeitraums muss je nach verwendeter Wirbelstrombremse eingestellt werden.
Anspruch 6 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Anspruchs 4. Hier werden die Parameter für eine dynamische Bremsprobe so gewählt, dass bei derzeit marktüblichen Wirbelstrombremsen die Bremsprobe sicher und zügig durchgeführt werden kann. Bei der dynamischen Bremsprobe ist zu beachten, dass aufgrund der hohen Bremswirkung der Wirbelstrombremse der Prüfzeitraum t_P vorteilhaft möglichst kurz gewählt wird, sodass andere Werte als bei der stationären Bremsprobe gewählt werden sollten. Der Prüfzeitraum t_P liegt vorteilhaft zwischen 3 und 5 s. Der Druck in den Luftfederbälgen während des Prüfzeitraums muss je nach verwendeter Wirbelstrombremse eingestellt werden.
Anspruch 7 beschreibt eine Magnetschienenbremse und deren Steuereinheit, die so eingerichtet sind, dass sie das Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. der vorteilhaften Ausführungen gemäß der Ansprüche 2 und 3 realisieren. Mindestens ein Hochlagenschalter erfasst die obere Endlage der Magnetschienenbremse und meldet dies an die Steuereinheit. Der Druck in den Absenkzylindern wird von Drucksensoren überwacht und an die Steuereinheit übermittelt. Eine Software in der Steuereinheit steuert automatisiert den ganzen Vorgang zwischen dem manuellen Ein- und Ausschalten der Magnetschienenbremse. Die Steuereinheit empfängt und verarbeitet die eingehenden Daten und steuert den zeitlichen Ablauf der Ein- und Ausschaltvorgänge für den Wirkstrom der Elektromagnete genauso, wie das Öffnen und Schließen des Magnetventils zur Regelung der Druckluftbeaufschlagung der Absenkzylinder. Eine Anzeigeeinheit im Führerstand kann die entsprechend aufbereiteten Daten der Steuereinheit über der Zustand der Magnetschienenbremse darstellen. Die Steuereinheit einer Magnetschienenbremse ist dabei so eingerichtet, dass sie nach Erhalt des Signals für das Auslösen der Bremsprobe das Magnetventil der Absenkzylinder öffnet, sodass die Absenkzylinder mit Druckluft beaufschlagt werden. Durch den pneumatischen Druck in den Absenkzylindern werden die Polschuhe gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern zur Schienenkopfoberfläche abgesenkt. Sobald die Magnetschienenbremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Die Software in der Steuereinheit schaltet dann den Wirkstrom der Magnete in der Magnetschienenbremse ein. Dies erfolgt, wenn der Druck in den Absenkzylindern einen bestimmten Wert P_A überschritten hat oder bereits im gleichen Moment, in dem der Druck in den Absenkzylindern aufgebaut wird. Bei diesem Druck ist gewährleistet, dass die pneumatische Absenkkraft ausreicht, um die Rückstellkraft der Rückholfedern zu überwinden. Weiterhin ist davon auszugehen, dass bei diesem Mindestdruck die Magnetschienenbremse innerhalb einer bestimmten Absenkzeit t_A auf die Schiene gepresst wird. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Magnetschienenbremse und sicherem Aufliegen auf der Schiene muss nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten ausreichen, um alleine die Polschuhe auf der Schiene zu halten. Die Steuereinheit ist deshalb so eingerichtet, dass sie nach Ablauf von t_A das zugehörige Magnetventil automatisch öffnet, und somit die Druckluft aus den Absenkzylindern bis auf einen Restdruck P_U << P_A abgelassen wird. Der Restdruck in den Absenkzylindern soll dazu dienen, im Falle einer nicht ordnungsgemäß funktionierenden Magnetschienenbremse zu verhindern, dass die Bremskonstruktion ungedämpft in die obere Endlage hochschnellt. Nun wirkt der Rückstellkraft der Rückholfedern nur noch die Kraft zwischen den Elektromagneten in den Polschuhen und der Schiene entgegen. Bleibt die Magnetschienenbremse auf der Schiene, ist das sichere Aufliegen auf der Schiene nachgewiesen worden. Zum Nachweis reicht ein Prüfzeitraum t_P aus, der etwas größer ist, als die Zeit, die die Rückholfedern benötigen, um die Magnetschienenbremse von der unteren Schienenauflage wieder in die obere Endlage zurückzubringen. Diese Zeit ist abhängig vom Restdruck, der in den Rückholzylindern noch über das Magnetventil eingestellt ist und über die Drucksensoren an die Steuereinheit übermittelt wird. Die Steuereinheit ist deshalb so eingerichtet, dass sie, falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter schaltet und somit anzeigt, dass die Magnetschienenbremse nicht in die obere Endlage zurückgekehrt ist, dies erkennt und veranlasst, dass auf der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt wird. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter anzeigt, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, erkennt dies die Software in der Steuereinheit ebenfalls und veranlasst, dass auf der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt wird. Um die Sicherheit der Prüfung für den Fall zu erhöhen, dass nur ein Magnet nicht sicher auf der Schiene aufliegt und damit die Magnetschienenbremse bei der Rückkehr in die obere Endlage schräg gezogen wird, kann optional mindestens ein zweiter Hochlagenschalter installiert werden. Die Hochlagenschalter werden in einem entsprechenden Abstand so an dem Drehgestellrahmen befestigt, dass die entsprechend eingerichtete Steuereinheit eine schräg hängende Magnetschienenbremse erkennt und abschaltet.
Falls die Magnetschienenbremse noch auf der Schiene festgehalten wird, muss nun noch die Prüfung adäquat beendet werden. Hierfür ist die Steuereinheit so eingerichtet, dass sie nach Ablauf des Prüfzeitraums das Magnetventil schaltet, um die Absenkzylinder wie zum Absenkvorgang erneut mit Druckluft zu beaufschlagen. Nun reicht die pneumatische Absenkkraft wieder aus, um die Magnetschienenbremse gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern unten zu halten. Die Steuereinheit schaltet anschließend den Wirkstrom der Magnetschienenbremse ab. Durch das erneute Entlüften über das Magnetventil bringt die Steuereinheit nun die Magnetschienenbremse mithilfe der Rückstellkräfte der Rückholfedern wieder in die obere Endlage zurück. Die Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Anspruch 8 beschreibt eine Wirbelstrombremse und deren Steuereinheit, die so eingerichtet sind, dass sie das Verfahren gemäß Anspruch 4 bzw. der vorteilhaften Ausführungen gemäß der Ansprüche 5 und 6 realisieren. Mindestens ein Hochlagenschalter erfasst die obere Endlage der Wirbelstrombremse und meldet dies an die Steuereinheit. Der Druck in den Luftfederbälgen wird von Drucksensoren überwacht und an die Steuereinheit übermittelt. Eine Software in der Steuereinheit steuert automatisiert den ganzen Vorgang zwischen dem manuellen Ein- und Ausschalten der Wirbelstrombremse. Die Steuereinheit empfängt und verarbeitet die eingehenden Daten und steuert den zeitlichen Ablauf der Ein- und Ausschaltvorgänge für den Erregerstrom der Polspulen genauso, wie das Öffnen und Schließen der Magnetventile zur Regelung der Druckluftbeaufschlagung der Luftfederbälge. Eine Anzeigeeinheit im Führerstand kann die entsprechend aufbereiteten Daten der Steuereinheit über den Zustand der Wirbelstrombremse darstellen. Die Steuereinheit ist dabei so eingerichtet, dass sie nach Erhalt des Signals zum Auslösen der Bremsprobe die Magnetventile der Luftfederbälge öffnet, sodass die Polspulen aufgrund der Gewichtskraft in Richtung der Schienenkopfoberfläche abgesenkt werden. Sobald die Wirbelstrombremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der mindestens eine Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Die Software in der Steuereinheit schaltet dann noch während der Absenkphase den Wirkstrom der Magnete in der Wirbelstrombremse ein. Dies erfolgt, wenn der Druck in den Luftfederbälgen einen bestimmten Wert P_A unterschritten hat oder bereits im gleichen Moment, in dem der Druck in den Luftfederbälgen abgebaut wird. Weiterhin ist davon auszugehen, dass die Wirbelstrombremse innerhalb einer bestimmten Absenkzeit t_A in die untere Endlage abgesenkt wird. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Wirbelstrombremse und ordnungsgemäßem Abstand der Polspulen zur Schiene muss nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten ausreichen, um die Polspulen auch gegen belüftete Luftfederbälge in der Nähe der Schiene zu halten. Die Steuereinheit ist deshalb so eingerichtet, dass sie die Luftfederbälge über die zugehörigen Magnetventile wieder mit einem Druck P_P belüftet, der ausreicht, um die Wirbelstrombremse gegen die Gewichtskraft in die obere Endlage zu bringen. Bleibt die Wirbelstrombremse in der Nähe der Schiene, ist ihre ordnungsgemäße Funktion nachgewiesen worden. Zum Nachweis reicht ein Prüfzeitraum t_P aus, der etwas größer ist, als die Zeit, die die Luftfederbälge unter dem Druck P_P benötigen, um die Wirbelstrombremse von der unteren Lage wieder in die obere Endlage zurückzubringen. Diese Zeit ist abhängig vom Druck P_P der über die Drucksensoren an die Steuereinheit übermittelt wird. Die Steuereinheit ist so eingerichtet, dass sie, falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter schaltet und somit nicht gemeldet wird, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, dies erkennt und veranlasst, dass auf der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt wird. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter anzeigt, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, erkennt dies die Software in der Steuereinheit ebenfalls und veranlasst, dass auf der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt wird. Falls die Wirbelstrombremse noch in der Nähe der Schiene festgehalten wird, muss nun noch die Prüfung adäquat beendet werden. Nach Ablauf des Prüfzeitraums schaltet die Steuereinheit das Magnetventil, um die Luftfederbälge wie zum Absenkvorgang erneut zu entlüften. Nun reicht die Gewichtskraft wieder aus, um die Wirbelstrombremse unten zu halten. Die Steuereinheit schaltet den Wirkstrom der Wirbelstrombremse ab. Durch das erneute Belüften der Luftfederbälge bringt die Steuereinheit anschließend die Wirbelstrombremse mithilfe der Rückstellkräfte der Luftfederbälge wieder in die obere Endlage zurück. Die Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
1 zeigt schematisch die Wirkkomponenten einer Magnetschienenbremse gemäß Stand der Technik, bestehend aus dem Bedienelement und der Anzeigeeinheit (9) im Führerraum, der Steuereinheit (4), den Absenkzylindern (5) mit Anschluss (8) an den pneumatischen Kreis, Rückholfedern und Drucksensoren in den Absenkzylindern; sowie den Elektromagneten in den Polschuhen (6).
2 zeigt die auf die Bremsschuhe einer Magnetschienenbremse wirkenden Kräfte (Rückholkraft der Rückholfedern F_R, pneumatische Absenkkraft F_PA, Dämpfungskraft F_D, elektromagnetische Kraft F_M) während des Verlaufs einer erfindungsgemäßen Bremsprobe. Die Gewichtskraft ist in dieser Darstellung vernachlässigt.
2a) Vor der Bremsprobe: es wirkt nur die Rückholkraft der Rückholfedern F_R
2b) Beginn der Bremsprobe: Absenken der Magnetschienenbremse durch F_PA > F_R
2c) Wirkung der elektromagnetischen Anziehungskraft bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse: F_M + F_PA >> F_R
2d) Während der erfindungsgemäßen Bremsprobe bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse (F_PA = 0), F_M > F_R
2e) Beim Beenden der Bremsprobe bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse wird zuerst wieder die pneumatische Absenkkraft hinzugefügt
2f) Einfahren der Magnetschienenbremse durch F_PA < F_R (F_M = 0).
3 zeigt schematisch die Wirkkomponenten einer Wirbelstrombremse gemäß Stand der Technik, bestehend aus dem Bedienelement und der Anzeigeeinheit (9) im Führerraum, der Steuereinheit (4), dem pneumatischem Kreis mit Magnetventil, Luftfederbälgen in der Ringbalgaufhängung und Drucksensoren in den Luftfederbälgen (10); sowie dem elektrischen Kreis, bestehend aus den Polspulen (11) der Elektromagnete.
4 zeigt die auf die Polspulen einer Wirbelstrombremse wirkenden Kräfte (Rückstellkraft der Luftfederbälge F_R, Gewichtskraft F_G, elektromagnetische Kraft F_M), während des Verlaufs einer erfindungsgemäßen Bremsprobe.
4a) Vor der Bremsprobe: es wirkt die Rückstellkraft der Luftfederbälge F_R > F_G
4b) Beginn der Bremsprobe: Absenken der Magnetschienenbremse durch F_G > F_R
4c) Wirkung der elektromagnetischen Anziehungskraft bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse: F_M + F_G.
4d) Während der erfindungsgemäßen Bremsprobe bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse F_M > F_R > F_G
4e) Beim Beenden der Bremsprobe bei funktionsgemäßer Magnetschienenbremse wird zuerst wieder die pneumatische Rückstellkraft weggelassen (F_R = 0)
4f) Einfahren der Magnetschienenbremse durch F_G < F_R.
Das erste Ausführungsbeispiel beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäß eingerichteten Magnetschienenbremse. Die Magnetschienenbremse besteht im Wesentlichen aus schaltbaren Elektromagneten in Polschuhen (6), die mithilfe einer pneumatischen Absenkkraft in den Absenkzylindern (5) gegen die Rückstellkraft der in den Absenkzylindern (5) integrierten Rückholfedern auf die Schienen (3) gedrückt werden. Ein Hochlagenschalter überwacht die obere Endlage der Magnetschienenbremse. Eine Steuereinheit (4) empfängt und verarbeitet die Signale des Hochlagenschalters und der Drucksensoren in den Absenkzylindern (5). Die Ergebnisse werden von der Steuereinheit (4) an eine Anzeigeeinheit (9) im Führerraum gemeldet und dort dem Triebfahrzeugführer angezeigt. Die Steuereinheit (4) ist nun so eingerichtet, dass sie bei Anforderung einer Bremsprobe die Absenkzylinder (5) über ein schaltbares Magnetventil (8) mit Druckluft beaufschlagt und anhand der von den Drucksensoren und Endlageschaltern in den Absenkzylindern (5) an die Steuereinheit (4) übermittelten Daten die Bremsprobe steuert. Die Bremsprobe kann

Nach dem Auslösen der stationären Bremsprobe wird von der Steuereinheit (4) der Magnetschienenbremse das Magnetventil (8) der Absenkzylinder (5) geöffnet, sodass die Absenkzylinder (5) mit Druckluft beaufschlagt werden. Durch den pneumatischen Druck in den Absenkzylindern (5) werden die Polschuhe (6) gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern bis zu einem Abstand von etwa 10 mm zur Schienenkopfoberfläche (3) abgesenkt. Bei diesem Abstand wird die Magnetschienenbremse durch die Elektromagnete (6) fest auf die Schienenoberfläche gepresst. Sobald die Magnetschienenbremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit (4) erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Die Software in der Steuereinheit schaltet noch während der Absenkphase den Wirkstrom der Magnete in der Magnetschienenbremse ein, sobald der Druck in den Absenkzylindern (5) aufgebaut wird. Wenn der Druck in den Absenkzylindern (5) den Wert P_A überschritten hat, ist gewährleistet, dass die pneumatische Absenkkraft ausreicht, um die Rückstellkraft der Rückholfedern zu überwinden. Bei diesem Mindestdruck wird die Magnetschienenbremse innerhalb der Absenkzeit t_A auf die Schiene (3) gepresst. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Magnetschienenbremse und sicherem Aufliegen auf der Schiene reicht nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten aus, um alleine die Polschuhe (6) auf der Schiene (3) zu halten. Nach Ablauf von t_A wird daher von der Steuereinheit (4) durch automatisches Öffnen des zugehörigen Magnetventils (8) die Druckluft aus den Absenkzylindern (5) abgelassen. Nun wirkt der Rückstellkraft der Rückholfedern nur noch die Kraft zwischen den Elektromagneten in den Polschuhen (6) und der Schiene (3) entgegen. In den Absenkzylindern wird jetzt nur noch ein Dämpfungsdruck P_U = 0,5 bar aufrecht erhalten, der verhindert, dass die Magnetschienenbremse ungebremst in ihre obere Endlage zurückschnellt, falls kein ordnungsgemäßer Kontakt mit der Schiene (3) zustande kommt. Bleibt die Magnetschienenbremse auf der Schiene, ist das sichere Aufliegen auf der Schiene nachgewiesen worden. Zum Nachweis wird ein Prüfzeitraum t_P = 5 s verwendet. Diese Zeit ist etwas länger, als die Zeit, die die Rückholfedern benötigen, um die Magnetschienenbremse von der unteren Schienenauflage gegen den Dämpfungsdruck P_U wieder in die obere Endlage zurückzubringen. Es könnte auch jeder beliebige Zeitrahmen größer als diese 5 s gewählt werden.
Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P der Hochlagenschalter nicht schaltet und somit anzeigt, dass die Magnetschienenbremse nicht in die obere Endlage zurückgekehrt ist, erkennt dies die erfindungsgemäß eingerichtete Steuereinheit (4) und zeigt auf der Anzeigeeinheit (9) eine funktionsfähige Magnetschienenbremse an. Falls innerhalb des Prüfzeitraums der Hochlagenschalter anzeigt, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird dies von der Steuereinheit (4) ebenfalls erkannt. Auf der Anzeigeeinheit (9) wird entsprechend eine nicht funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt. Um die Sicherheit der Prüfung für den Fall zu erhöhen, dass nur ein Magnet nicht sicher auf der Schiene aufliegt und damit die Magnetschienenbremse bei der Rückkehr in die obere Endlage schräg gezogen wird, kann optional mindestens ein zweiter Hochlagenschalter installiert werden. Die Hochlagenschalter werden in einem entsprechenden Abstand so an dem Drehgestellrahmen befestigt, dass eine schräg hängende Magnetschienenbremse erkannt und sofort abgeschaltet wird. Falls die Magnetschienenbremse noch auf der Schiene festgehalten wird, muss die Prüfung adäquat beendet werden. Nach Ablauf des Prüfzeitraums schaltet die Steuereinheit (4) das Magnetventil (8), um die Absenkzylinder (5) wie zum Absenkvorgang erneut mit Druckluft zu beaufschlagen. Nun reicht die pneumatische Absenkkraft wieder aus, um die Magnetschienenbremse gegen die Rückstellkraft der Rückholfedern unten zu halten. Die Steuereinheit (4) schaltet anschließend den Wirkstrom der Magnetschienenbremse ab. Durch das erneute Entlüften über das Magnetventil (8) bringt die Steuereinheit (4) nun die Magnetschienenbremse mithilfe der Rückstellkräfte der Rückholfedern wieder in die obere Endlage zurück. Die stationäre Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Eine dynamische Bremsprobe ist ebenfalls möglich. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die Bremswirkung der Magnetschienenbremse sehr stark ist. Um den Zug während der Fahrt nicht unnötig großen Bremsbeschleunigungen auszusetzen, werden die Steuereinheiten so eingerichtet, dass die einzelnen Magnetschienenbremsen entlang des Zuges bei einer dynamischen Bremsprobe zeitlich versetzt zueinander überprüft werden. Weiterhin wird ein kürzestmöglicher Prüfzeitraum, z. B. t_P = 3 s verwendet. Die dynamische Bremsprobe wird vorteilhaft bei einer Geschwindigkeit zwischen 80 und 100 km/h durchgeführt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäß eingerichteten Wirbelstrombremse. Die Wirbelstrombremse besteht im Wesentlichen aus Polspulen (11), die mithilfe einer pneumatischen Haltekraft in den Luftfederbälgen (10) gegen die Schwerkraft in der Hochlage gehalten werden. Ein Hochlagenschalter überwacht die obere Endlage der Wirbelstrombremse. Der ganze Vorgang zwischen dem manuellen Ein- und Ausschalten der Wirbelstrombremse wird von einer Software in einer Steuereinheit (4) automatisch gesteuert. Die Steuereinheit (4) steuert den zeitlichen Ablauf der Ein- und Ausschaltvorgänge für den Erregerstrom der Polspulen (11) genauso, wie das Öffnen und Schließen der Magnetventile zur Regelung der Druckluftbeaufschlagung der Luftfederbälge (10). Die Steuereinheit (4) empfängt und verarbeitet außerdem die Signale des Hochlagenschalters. Die Ergebnisse werden von der Steuereinheit (4) an eine Anzeigeeinheit (9) im Führerraum gemeldet und dort dem Triebfahrzeugführer angezeigt.
Die Steuereinheit (4) ist nun so eingerichtet, dass sie bei Anforderung einer Bremsprobe die Luftfederbälge (10) über ein schaltbares Magnetventil entlüftet und anhand der von den Drucksensoren und Endlageschaltern an die Steuereinheit (4) übermittelten Daten die Bremsprobe steuert.
Die Bremsprobe wird durch das Aktivieren eines softwaregesteuerten Prüflaufes aktiviert. Der Prüflauf kann Bestandteil einer

• automatischen Bremsprobe
• benutzergeführten Bremsprobe
• separaten Bremsprobe der Wirbelstrombremse

Nach dem Entlüften der Luftfederbälge (10) werden die Polspulen (11) aufgrund der Gewichtskraft zur Schienenkopfoberfläche (3) abgesenkt. Sobald die Wirbelstrombremse ihre obere Endlage verlässt, schaltet sich der Hochlagenschalter aus. Die Steuereinheit (4) erhält somit kein Signal mehr vom Hochlagenschalter. Die Steuereinheit (4) schaltet noch während der Absenkphase den Wirkstrom der Magnete in der Wirbelstrombremse ein. Dies erfolgt in diesem Beispiel im gleichen Moment, in dem der Druck in den Luftfederbälgen (10) abgebaut wird. Die Wirbelstrombremse erreicht die untere Endlage, 7 + 0,5 mm über der Schienenoberkante, innerhalb der Absenkzeit t_A. Nach Ablauf der Absenkzeit t_A, werden die Luftfederbälge (10) von der erfindungsgemäß eingerichteten Steuereinheit (4) wieder mit einem Druck von 5 bar belüftet. Bei ordnungsgemäßem Wirken der Wirbelstrombremse und ordnungsgemäßem Abstand der Polspulen (11) zur Schiene (3) reicht nun die elektromagnetische Niederhaltekraft der Elektromagneten aus, um die Polspulen (11) in der unteren Endlage zu halten, obwohl die Luftfederbälge (10) wieder erhöht belüftet wurden. Bleibt die Wirbelstrombremse in der Nähe der Schiene (3), ist ihre ordnungsgemäße Funktion nachgewiesen worden. Zum Nachweis reicht in diesem Beispiel ein Prüfzeitraum t_P = 5 s aus. Der Wert ist etwas größer gewählt, als die Zeit, die die Luftfederbälge (10) benötigen, um die Wirbelstrombremse von der unteren Lage wieder in die obere Endlage zurückzubringen, nachdem sie wiederbelüftet werden. Es könnte auch ein beliebiger größerer Zeitrahmen gewählt werden. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P der Hochlagenschalter nicht schaltet und somit anzeigt, dass die Wirbelstrombremse nicht in die obere Endlage zurückgekehrt ist, erkennt dies die Steuereinheit (4) und zeigt auf der Anzeigeeinheit (9) eine funktionsfähige Wirbelstrombremse an. Falls innerhalb des Prüfzeitraums der Hochlagenschalter anzeigt, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird dies von der Steuereinheit (4) ebenfalls erkannt. Auf der Anzeigeeinheit (9) wird entsprechend eine nicht funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt. Falls die Wirbelstrombremse noch in der Nähe der Schiene (3) festgehalten wird, muss nun die Prüfung adäquat beendet werden. Nach Ablauf des Prüfzeitraums schaltet die Steuereinheit (4) das Magnetventil, um die Luftfederbälge (10) wie zum Absenkvorgang erneut zu entlüften. Nun reicht die Gewichtskraft wieder aus, um die Wirbelstrombremse unten zu halten. Die Steuereinheit (4) schaltet den Wirkstrom der Wirbelstrombremse ab. Durch das erneute Belüften der Luftfederbälge (10) bringt die Steuereinheit (4) anschließend die Wirbelstrombremse mithilfe der Rückstellkräfte der Luftfederbälge (10) wieder in die obere Endlage zurück. Die Bremsprobe ist damit abgeschlossen.
Eine dynamische Bremsprobe ist ebenfalls möglich. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die Bremswirkung der Wirbelstrombremse sehr stark ist. Um den Zug während der Fahrt nicht unnötig großen Bremsbeschleunigungen auszusetzen, werden die Steuereinheiten (4) jeweils so eingerichtet, dass ein kürzestmöglicher Prüfzeitraum, z. B. t_P = 3 s verwendet wird. Die dynamische Bremsprobe wird vorteilhaft bei einer Geschwindigkeit zwischen 80 und 100 km/h durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Räder am Drehgestell des Schienenfahrzeugs
2: Wagenaufbau des Schienenfahrzeugs
3: Schiene
4: Steuereinheit
5: Absenkzylinder (im Innern, nicht dargestellt: Rückholfedern und Drucksensoren)
6: Polschuhe der Elektromagnete der Magnetschienenbremse
7: Faltenbalg
8: Anschluss an pneumatischen Kreis über Magnetventil
9: Anzeigeeinheit im Führerraum
10: Luftfederbalg
11: Polspulen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024686 A1 [0007, 0008]
DE 102008059882 B4 [0008, 0008]

Claims

Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der Polschuhe einer Magnetschienenbremse für Schienenfahrzeuge auf der Schienenoberfläche, wobei mit Druckluft beaufschlagte Absenkzylinder die Polschuhe der Magnetschienenbremse gegen die Rückstellkraft der in den Absenkzylindern integrierten Rückholfedern auf die Schienenkopfoberfläche drücken, wobei mindestens ein Hochlagenschalter die obere Endlage der Magnetschienenbremse überwacht, und eine Steuereinheit die Signale des mindestens einen Hochlagenschalters und der Drucksensoren in den Absenkzylindern empfängt und verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit der Magnetschienenbremse die folgenden Schritte durchgeführt werden: a. Automatisches oder manuelles Einschalten der Magnetschienenbremse zum Einleiten der Bremsprobe, b. Beaufschlagen der Absenkzylinder mit Druckluft und dadurch Absenken der Polschuhe der Magnetschienenbremse zur Schienenkopfoberfläche, wobei der mindestens eine Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, wenn die Magnetschienenbremse ihre obere Endlage verlassen hat, c. Einschalten des Wirkstroms der Magnete in der Magnetschienenbremse, während der Absenkphase, sobald der Druck in den Absenkzylindern einen bestimmten Wert P_A überschritten hat oder bereits im gleichen Moment in dem der Druck in den Absenkzylindern aufgebaut wird, d. Ablassen der Luft aus den Absenkzylindern nach einer vorgegebenen Absenkzeit t_A, wobei der Druck in den Absenkzylindern für einen vorgegebenen Prüfzeitraum t_P unter einem Wert P_U gehalten wird, e. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird von der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt, f. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird von der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Magnetschienenbremse angezeigt, g. Nach Ablauf des Prüfzeitraums werden die Absenkzylinder von der Steuereinheit wie zum Absenkvorgang wieder mit Druckluft beaufschlagt, h. Abschalten des Wirkstroms der Magnetschienenbremse durch die Steuereinheit, i. Entlüften der Absenkzylinder durch die Steuereinheit, zum Einholen der Magnetschienenbremse mithilfe der Rückstellkräfte der Rückholfedern in die obere Endlage.
Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der wirkenden Magnete einer Magnetschienenbremse gemäß Anspruch 1, wobei bei einer stationären Bremsprobe der Prüfzeitraum t_P zwischen 5 und 10 Sekunden und als Mindestdruck P_U in den Absenkzylindern während des Prüfzeitraums, P_U <= 0,5 bar gewählt wird.
Verfahren zur Überprüfung des tatsächlichen Aufliegens der wirkenden Magnete einer Magnetschienenbremse gemäß Anspruch 1, wobei bei einer dynamischen Bremsprobe Während der Fahrt der Prüfzeitraum t_P zwischen 3 und 5 Sekunden und als Mindestdruck P_U in den Absenkzylindern während des Prüfzeitraums P_U <= 0,5 bar gewählt wird.
Verfahren zur Überprüfung des Einhaltens des vorgeschriebenen Abstands zwischen den Polspulen einer Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge und der Schienenoberfläche, wobei mit Druckluft beaufschlagte Luftfederbälge in der Ringbalgaufhängung die Polspulen der Wirbelstrombremse gegen die Schwerkraft in der oberen Ruhelage halten, wobei mindestens ein Hochlagenschalter die obere Endlage der Wirbelstrombremse überwacht, und eine Steuereinheit die Signale des mindestens einen Hochlagenschalters und der Drucksensoren in den Luftfederbälgen empfängt und verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit der Wirbelstrombremse die folgenden Schritte durchgeführt werden: a. Automatisches oder manuelles Einschalten der Wirbelstrombremse zum Einleiten der Bremsprobe, b. Entlüften der Luftfederbälge und dadurch Absenken der Polspulen der Wirbelstrombremse zur Schienenkopfoberfläche, wobei der mindestens eine Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, wenn die Wirbelstrombremse ihre obere Endlage verlassen hat, c. Einschalten des Erregerstroms der Magnete in der Wirbelstrombremse während der Absenkphase, d. Beaufschlagung der Luftfederbälge mit Druckluft nach einer vorgegebenen Absenkzeit t_A, wobei der Druck in den Luftfederbälgen für einen vorgegebenen Prüfzeitraum t_P mindestens bei einem Wert P_U gehalten wird, e. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird von der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt, f. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, wird von der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Wirbelstrombremse angezeigt, g. Nach Ablauf des Prüfzeitraums werden die Luftfederbälge von der Steuereinheit wie zum Absenkvorgang wieder entlüftet, h. Abschalten des Erregerstroms der Polspulen der Wirbelstrombremse durch die Steuereinheit, i. Beaufschlagung der Luftfederbälge durch die Steuereinheit, zum Einholen der Wirbelstrombremse in die obere Endlage.
Verfahren zur Überprüfung des Einhaltens des vorgeschriebenen Abstands zwischen den Polspulen einer Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge und der Schienenoberfläche gemäß Anspruch 4, wobei bei einer stationären Bremsprobe der Prüfzeitraum t_P zwischen 5 und 10 Sekunden gewählt wird.
Verfahren zur Überprüfung des Einhaltens des vorgeschriebenen Abstands zwischen den Polspulen einer Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge und der Schienenoberfläche gemäß Anspruch 4, wobei bei einer dynamischer Bremsprobe während der Fahrt der Prüfzeitraum t_P zwischen 3 und 5 Sekunden gewählt wird.
Magnetschienenbremse für Schienenfahrzeuge, wobei mit Druckluft beaufschlagte Absenkzylinder die Polschuhe der Magnetschienenbremse gegen die Rückstellkraft der in den Absenkzylindern integrierten Rückholfedern auf die Schienenkopfoberfläche drücken, wobei mindestens ein Hochlagenschalter die obere Endlage der Magnetschienenbremse überwacht, und eine Steuereinheit die Signale des mindestens einen Hochlagenschalters und der Drucksensoren in den Absenkzylindern empfängt und verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der Magnetschienenbremse derart eingerichtet ist, dass sie bei einer Bremsprobe die folgenden Schritte durchführt: a. Beaufschlagen der Absenkzylinder mit Druckluft und dadurch Absenken der Polschuhe der Magnetschienenbremse zur Schienenkopfoberfläche, wobei der mindestens eine Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, wenn die Magnetschienenbremse ihre obere Endlage verlassen hat, b. Einschalten des Wirkstroms der Magnete in der Magnetschienenbremse, während der Absenkphase, sobald der Druck in den Absenkzylindern einen bestimmten Wert P_A überschritten hat oder bereits im gleichen Moment in dem der Druck in den Absenkzylindern aufgebaut wird, c. Ablassen der Luft aus den Absenkzylindern nach einer vorgegebenen Absenkzeit t_A, wobei der Druck in den Absenkzylindern für einen vorgegebenen Prüfzeitraum t_P unter einem Wert P_U gehalten, d. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, meldet die Steuereinheit der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Magnetschienenbremse, e. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Magnetschienenbremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, meldet die Steuereinheit der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Magnetschienenbremse, f. Beaufschlagen der Absenkzylinder mit Druckluft wie zum Absenkvorgang, nach Ablauf des Prüfzeitraums, g. Abschalten des Wirkstroms der Magnetschienenbremse h. Entlüften der Absenkzylinder, zum Einholen der Magnetschienenbremse mithilfe der Rückstellkräfte der Rückholfedern in die obere Endlage.
Wirbelstrombremse für Schienenfahrzeuge, wobei mit Druckluft beaufschlagte Luftfederbälge in der Ringbalgaufhängung die Polspulen der Wirbelstrombremse gegen die Schwerkraft in der oberen Ruhelage halten, wobei mindestens ein Hochlagenschalter die obere Endlage der Wirbelstrombremse überwacht, und eine Steuereinheit die Signale des mindestens einen Hochlagenschalters und der Drucksensoren in den Luftfederbälgen empfängt und verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der Wirbelstrombremse derart eingerichtet ist, dass sie bei einer Bremsprobe die folgenden Schritte durchführt: a. Entlüften der Luftfederbälge und dadurch Absenken der Polspulen der Wirbelstrombremse zur Schienenkopfoberfläche, wobei der mindestens eine Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, wenn die Wirbelstrombremse ihre obere Endlage verlassen hat, b. Einschalten des Erregerstroms der Magnete in der Wirbelstrombremse, während der Absenkphase, c. Beaufschlagung der Luftfederbälge mit Druckluft nach einer vorgegebenen Absenkzeit t_A, wobei der Druck in den Luftfederbälgen für einen vorgegebenen Prüfzeitraum t_P mindestens bei einem Wert P_U gehalten wird, d. Falls innerhalb des Prüfzeitraums t_P kein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, meldet die Steuereinheit der Anzeigeeinheit eine funktionsfähige Wirbelstrombremse, e. Falls innerhalb des Prüfzeitraums mindestens ein Hochlagenschalter der Steuereinheit meldet, dass die Wirbelstrombremse in die obere Endlage zurückgekehrt ist, meldet die Steuereinheit der Anzeigeeinheit eine nicht funktionsfähige Wirbelstrombremse, f. Entlüften der Luftfederbälge nach Ablauf des Prüfzeitraums wie zum Absenkvorgang, g. Abschalten des Erregerstroms der Polspulen der Wirbelstrombremse durch die Steuereinheit, h. Beaufschlagung der Luftfederbälge zum Einholen der Wirbelstrombremse in die obere Endlage.