DE1051895B - Einrichtung an Gleisanlagen fuer Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Es ist bekannt, in einer Gleisanlage für Schienenfahrzeuge abschnittsweise eine oderbeideFahrschienen mit U-förmigen und oben offenen Magnetjochen zu versehen, welche die Fahrschiene unten umfassen und beidseits der Fahrschiene hinaufragen. Die Magnetjoche sind meistens in größerer Anzahl längs der Fahrschiene verteilt, und jedes Magnetjoch hat eine Erregerwicklung, die von der Fahrschiene isoliert ist und in der Regel eine größere Anzahl Windungen aufweist. Die Erregerwicklungen aller Magnetjoche werden normalerweise in Reihe geschaltet und von einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle gespeist. Die beidseits der Fahrschiene hinaufragenden Schenkel der Magnetjoche tragen an ihrem oberen Ende Polschuhe, die so hoch hinaufgezogen sind, daß der Radkranz eines auf der Fahrschiene rollenden Rades sich zwischen diesen Polschuhen hindurchbewegen muß. Die Polschuhe selbst sind bei den bekannten Einrichtungen auf den Magnetjochen in einer zur Radachsenrichtung der Schienenfahrzeuge parallelen Richtung so beweglich angebracht, daß sie sich seitlich an den Radkranz der Räder des Schienenfahrzeuges anpressen, sobald die Magnetjoche erregt werden. Die an den Radkranz magnetisch angedrückten Polschuhe der Magnetjoche erzeugen an den Rädern des Schienenfahrzeuges mechanische Bremskräfte, bei bewegten Rädern induziert das den Radkranz durchsetzende Magnetfeld außerdem elektrische Wirbelströme, die eine zusätzliche Bremskraft hervorrufen. Solche Einrichtungen, die auch Wirbelstromgleisbremsen genannt werden, sind gelegentlich in Ablaufanlagen von Verschiebebahnhöfen verwendet worden, um zu rasch ablaufende Wagen nach Bedarf zu bremsen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Gleisanlagen für Schienenfahrzeuge, bei der in wenigstens einem Gleisabschnitt der Gleisanlage wenigstens die eine der beiden Fahrschienen von U-förmigen, oben offenen Magnetjochen umgeben ist, die im Bereich des Radkranzes eines auf dieser Fahrschiene rollenden Rades eines Schienenfahrzeuges ein quer zur Bewegungsrichtung des Rades verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen gestatten. Zweck der Erfindung ist dabei, einem an sich motorlosen Schienenfahrzeug auf elektrodynamischem Wege nicht nur bremsende, sondern auch beschleunigende Bewegungskräfte erteilen zu können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Schenkel der Magnetjoche an ihrem oberen Ende je eine Lauffläche für die seitlich über die Fahrschiene vorstehenden Teile des Radkranzes der Räder des Schienenfahrzeuges aufweisen, daß die Magnetjoche als Ganzes gegenüber der Fahrschiene in senkrechter Richtung beweglich, gelagert sind und daß ferner die beiden Fahrschienen des Gleisabschnittes Teile eines eine Spannungsquelle enthaltenden elek-

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Einrichtung an Gleisanlagen
für Schienenfahrzeuge

Anmelder:
Dr.-Ing. Jakob Huber, Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4

Beansprudite Priorität:
Schweiz vom 13. Februar 1953

Dr.-Ing. Jakob Huber, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

irischen Stromkreises bilden, der vom einen Pol der Spannungsquelle längs der einen Fahrschiene zu den Radsätzen eines auf diesem Gleisabschnitt befindlichen Schienenfahrzeuges, dann über die Radsätze dieses Schienenfahrzeuges zur anderen Fahrschiene und darauf längs der letzteren zurück zum anderen Pol der Spannungsquelle führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Gleisabschnitt, dessen eine Fahrschiene mit Magnetjochen versehen ist und wobei zwischen beide Fahrschienen des Gleisabschnittes eine Spannungsquelle geschaltet ist, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mit einem Magnetjoch versehene Fahrschiene.

Die beiden Fahrschienen 3, 4, beispielsweise der Ablaufanlage eines Verschiebebahnhofes, sind innerhalb des Gleisabschnittes 5, 6 elektrisch voneinander isoliert aufgestellt. Zu diesem Zweck können sie wie üblich auf Holzschwellen 7 gelagert sein. Zwischen den Fahrschienen 3, 4 des Gleisabschnittes 5, 6 und den Fahrschienen 3', 4' sowie 3", 4" der links und rechts anschließenden 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 elektrische Isolation zwischen den Fahrschienen 3, 4 des ganzen Gleisabschnittes 5, 6 brauchen keine hohen Anforderungen gestellt zu werden; es genügt völlig, wenn der Isolationswiderstand etwa größenordnungsmäßig 1 Ohm beträgt.

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Die Fahrschiene 3 des Gleisabschnittes 5, 6 ist mit einer Mehrzahl von Magnetjochen 10 aus ferromagnetischem Material ausgerüstet, die 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 Draufsicht der Fig. 1 die neben der Fahrschiene 3 heraufragenden Schenkel der oben offenen Magnetjoche sichtbar sind. Die Bauart der Magnetjoche 10 geht aus der Fig. 2 hervor, die einen Querschnitt an der Stelle 2-2 der Fig. 1 veranschaulicht. Die Fahrschiene 3 ist auf Stühlen 11 angeschraubt, wobei die letzteren ihrerseits auf den Holzschwellen 7 befestigt sind. Zwischen dem Fuß der Fahrschiene 3 und der Kopfplatte der Stühle 11 kann noch ein Aluminium- oder Kupferleiter 12 eingefügt sein, der je nach Bedarf entweder von der Fahrschiene 3 isoliert ist oder mit derselben in gut leitender Verbindung steht, wie dies in der Fig. 2 angedeutet ist. Zwischen den trapezförmigen Stützen der aufeinanderfolgenden Stühle 11 sind die Magnetjoche 10 eingefügt. Der bezüglich der Faihrschienen 3,4 außenliegende Schenkel der Magnetjoche 10 hat an seinem oberen Ende eine ebene Lauffläche 13, die hinsichtlich ihrer Neigung an die kegelige Lauffläche der Räder der Schienenfahrzeuge angepaßt ist. Der zwischen den Fahrschienen 3,4 sich befindende Schenkel der Magnetjoche 10 besitzt hingegen an seinem oberen Ende eine rinnenförmige Lauffläche 14, die einseitig hochgezogen ist. Diese Lauffläche 14 ist für die Aufnahme des Spurkranzes der Räder eines Schienenfahrzeuges bemessen und so ausgebildet, daß die Maßbedingungen des Lichtraumprofils gewahrt sind. Zwisahen dem unteren, die beiden Schenkel verbindenden Ouerteil des Magnetjoches 10 und der Fußplatte der Stühle 11 sind Federelemente 15 eingefügt, welche das in senkrechter Richtung beweglich gelagerte Magnetjoch als Ganzes nach oben drücken. Der federnde Teil der Federelemente 15 besteht aus einem elastischen Werkstoff mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften und vorzugsweise aus Xatur- oder Kunstgummi. Die ganze Anordnung ist dabei so getroffen, daß im Ruhezustand der Ouerteil der Magnetjoche 10 von unten her an die Kopfplatte der Stühle 11 angedrückt wird. Sobald sich jedoch ein Radsatz 16,17,18 eines Schienenfahrzeuges (Fig. 1) auf den Fahrschienen 3, 4 befindet, dann drücken die seitlich über die Fahrschiene 3 vorstehenden Teile des Radkranzes 19 des Rades 16 das Magnetjoch 10 leicht nach unten, wie dies die Fig. 2 zeigt. Der Radkranz 19 der Räder von Schienenfahrzeugen und insbesondere von Eisenbahngüterwagen besteht in der Regel aus Eisen oder Stahl; sobald daher ein Rad 16 das MagnetjochlO nach unten drückt, wird ein magnetischer Kreis großer Leitfähigkeit geschlossen. Bei Erregung 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 die in der Längsrichtung der Fahrschiene 3 und des Nebenleiters 12 fließenden elektrischen Ströme herangezogen. Die Magnetjoche 10 sind zu diesem Zweck derart gebaut, daß sie die Fahrschiene 3 und den Nebenleiter 12 gemeinsam U-förmig umschließen, wie dies die Fig. 2 wiedergibt.

Die Fahrschiene 4 des Gleisabschnittes 5, 6 kann in gleicher Weise wie die Fahrschiene3 mit Magnetjochen 10 ausgerüstet werden. Sie kann aber auch, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, keine Magnetjoche aufweisen. Die Fahrschiene 4 wird in diesem Fall in einer der Fig. 2 entsprechenden Weise auf den Stühlen 11 unter Zwischenlage eines Nebenleiters 12 befestigt, wobei

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die Magnetjoche 10 und die Federelemente 15 in Fortfall kommen.

Gemäß der Fig. 1 ist am Ende 5 des Gleisabschnittes 5, 6 eine Spannungsquelle 20 vorgesehen, deren beide Pole 21, 22 unmittelbar mit den Fahrschienen 3, 4 oder mit den diesen Fahrschienen zugeordneten und mit denselben in Verbindung stehenden Nebenleitern 12 (Fig. 2) verbunden sind. Die Spannungsquelle 20 könnte an ihren Polen21,22 Wechselspannung liefern; es hat sich

ίο indessen als günstiger erwiesen, eine Gleichspannungsquelle zu verwenden, die als Gleichspannungsgenerator oder als Gleichrichter ausgebildet sein kann. Die an den Polen 21, 22 abnehmbare Gleichspannung soll am besten veränderbar sein; die Leistung der Gleichspannungsquelle 20 beträgt für den angestrebten Verwendungszweck etwa zwischen 30 bis 600 Kilowatt, sie soll Gleichspannungen zwischen 5 und 50 Volt und Gleichströme bis 3000 bzw. 30 000 Ampere abgeben können. Zur StromTrersorgung ist somit z. B. eine Unipolarmaschine, eine Trockengleichrichteranordnung oder ein Kontaktumformer geeignet. DieSteuerung der von der Gleichspannungsquelle 20 abzugebenden Leistung erfolgt zweckmäßig durch Fernsteuerung, da im Interesse einer Herabsetzung der elektrischen Verluste die Verbindungen der Pole 21, 22 mit den Fahrschienen 3, 4 bzw. den Nebenleitern 12 möglichst kurz gehalten werden sollten.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, schließt nun ein Radsatz 16,17,18 eines auf dem Gleisabschnitt 5, 6 befindlichen Schienenfahrzeuges einen elektrischen Stromkreis, der die Spannungsquelle 20 enthält. Dieser Stromkreis führt vom Pol 21 zur Fahrschiene 4, dann längs dieser zum Rad 17 des Radsatzes 16,17,18 des Schienenfahrzeuges. Vom Rad 17 aus führt der Stromkreis über die Achswelle 18 auf das Rad 16 und von diesem zur Fahrschiene 3. Von der Kontaktstelle zwischen Rad 16 und Fahrschiene 3 geht der Stromkreis längs der Fahrschiene 3 zurück zum Pol 22 der Spannungsquelle 20. Dabei werden die Magnetjoche 10, welche die Fahrschiene 3 umgeben, vom gesamten längs der Fahrschiene 3 fließenden elektrischen Strom magnetisiert. Es findet aber nur eine Magnetisierung derjenigen Magnetjoche 10 statt, die sich zwischen der Kontaktstelle von Rad 16 und Fahrschiene 3 und dem Pol 22 befinden, sofern man voraussetzt, daß die Nebenleiter 12 überall mit den Fahrschienen 3, 4 elektrisch verbunden sind. Uber die weiteren, in der Fig. 1 nicht dargestellten Radsätze des Schienenfahrzeuges fließen ihrer Anzahl entsprechende Stromanteile.

Wegen der Achsdrücke der Radsätze entsteht zwischen den Rädern 16, 17 und den Fahrschienen 3, 4 ein hoher Kontaktdruck, und es können infolgedessen'große elektrische Ströme von den Fahrschienen 3, 4 auf die Radsätze 16,17,18 geleitet werden. Je 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, entsteht eine auf das Rad 16 einwirkende elektrodynamische Bewegungskraft, die bei einer Anordnung nach Fig. 1 bestrebt ist, den Radsatz 16, 17,18 von rechts nach links fortzurollen. Bei Speisung der Fahrschienen 3,4 mit einigen tausend Ampere erhält der Radsatz 16,17,18 eine von rechts nach links weisende Bewegungskraft von einigen hundert Kilogramm. Die beschriebene Einrichtung kann demnach auch als elektrodynamischer Linearmotor bezeichnet werden und jeder Radsatz des Schienenfahrzeuges wirkt als elektrodynamischer Linearmotor, sofern er sich auf den an die Spannungsquelle

Claims (2)

20 angeschlossenen Fahrschienen 3,4 befindet. Ein Umpolen der Anschlüsse 21, 22 der Spannungsquelle 20 hat keinen Einfluß auf die Richtung der auf die Radsätze des Schienenfahrzeuges einwirkenden elektrodynamischen Bewegungskräfte. Mit einem solchen Um- polen wird nicht nur die Stromrichtung im Radsatz, sondern auch die Richtung des Magnetfeldes gewechselt, so daß die elektrodynamische Bewegungskraft gleiche Richtung beibehält. Der Betrieb mit Wechselstrom wäre daher grundsätzlich möglich. Die durch Wirbelstromverluste erzeugte Erwärmung der Fahrschienen 3, 4 sowie der Radkränze der Räder 16, 17 verursacht jedoch eine erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrades und bedingt zudem größere Spannungen an den Polen 21, 22, als dies für Gleichstrombetrieb der Fall ist. Die auf die Radsätze 16,17,18 einwirkenden Bewegungskräfte lassen sich hinsichtlich ihrer Richtung umkehren, wenn man die Spannungsquelle 20 statt am Ende 5 am Ende 6 des Gleisabschnittes 5, 6 an die Falhrschienen 3, 4 anschließt, da nur die Richtung des Magnetfeldes geändert worden ist. Je nach dem Ort der Anschaltung der Spannungsquelle 20 hat man es in der Hand, auf das Schienenfahrzeug die elektrodynamischen Bewegungskräfte in der einen oder anderen Richtung einwirken zu lassen. Ein an sich motorloses Schienenfahrzeug, wie zum Beispiel ein Güterwagen, kann mit der beschriebenen Einrichtung sowohl gebremst als auch beschleunigt werden. Eine Beschleunigung findet statt, wenn man die elektrodynamischen Bewegungskräfte in der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges einwirken läßt. Umgekehrt ergibt sich eine Bremsung, sobald die elektrodynamischen Bewegungskräfte entgegen der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges zur Anwendung gebracht werden. Im Gegensatz zu den bekannten Wirbelstromgleisbremsen kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung das Schienenfahrzeug rein elektrodynamisch bis zum Stillstand gebremst werden. Die resultierende Kraft-Strom-Kennlinie der durch die Radsätze eines Schienenfahrzeuges gebildeten Linearmotoren entspricht bei einer Ausführung der Einrichtung nach der Fig. 1 vorwiegend einem Reihenschlußverhalten, weil der gesamte für die Magnetisierung der Magnetjoche 10 benutzte elektrische Strom auch über die Radsätze des Schienenfahrzeuges fließt. Ein vorwiegendes Nebenschlußverhalten kann man hingegen durch gesonderte Führung des über die Radsätze fließenden Stromes und des hauptsächlich zur Magnetisierung der Magnetjoche 10 vorgesehenen Stromes erreichen. Zu diesem Zweck wäre es möglich, etwa den Nebenleiter 12 durch geeignete Isoliereinlagen von der Fahrschiene 3 und von den Stühlen 11 elektrisch zu isolieren. Für die Magnetisierung der Magnetjoche 10 steht dann ein nur den Nebenleiter 12 enthaltender Stromkreis zur \rerfügung, in welchem elektrische Ströme geführt werden können, die von den durch die Fahrschiene 3 und durch die Radsätze des Schienenfahrzeuges fließenden elektrischen Strömen unabhängig sind. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, den Nebenleiter 12 in zwei oder mehr vorzugsweise übereinander angeordnete und voneinander elektrisch isolierte 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 erreichender etwa am Ende 6 des Gleisabschnittes die beiden Fahrschienen 3, 4 unmittelbar miteinander verbindet. Die Magnetisierung der jeweils von den Radsätzen des Schienenfahrzeuges besetzten Magnetjoche 10 findet unter diesen Umständen einerseits durch den über den Kurzschlußbügel fließenden Stromanteil und anderseits durch den über die Radsätze fließenden Stromanteil statt. Der über die Radsätze fließende Stromanteil 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 einwirkenden elektrodynamischen Bewegungskräfte mit fortschreitender Annäherung an den Kurzschlußbügel ab. Die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Einrichtung wird mit Vorteil in Rangierbahnhöfen zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann man die Höhe des Ablaufberges nur so groß wählen, daß Wagen mit mittlerem Fahrwiderstand ohne Bremsung abgefertigt werden können. Wagen mit geringem Fahrwiderstand werden hingegen elektrodynamisch gebremst, während Wagen mit hohem Fahrwiderstand elektrodynamisch zu beschleunigen sind. Werden die an den Ablaufberg anschließenden Richtungsgleise gemäß der Erfindung ausgerüstet, dann läßt sich eine Laufzielbehandlung der Wagen erreichen. Die in die Richtungsgleise einlaufenden Wagen können durch die auf sie einwirkenden elektrodynamischen Brems- oder Beschleunigungskräfte so genau gesteuert werden, daß sich das Auffangen durch Hemmschuhe erübrigt. Man kann die Einrichtung auch so ausführen, daß die Wagen in den Richtungsgleisen selbsttätig eine gleichbleibende und genügend kleine Geschwindigkeit erhalten, so daß sich eine bedienungslose Wagenauffanganlage verwirklichen läßt. Die Bedienung der ganzen Anlage ist von einem festen Standort aus durch Fernsteuerung möglich. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung dürfte bei schienengeführten Förderanlagen gegeben sein, indem ermöglicht wird, an sich motorlose Fahrzeuge ferngesteuert zu bewegen. Patentansprüche:

1. Einrichtung an Gleisanlagen für Schienenfahrzeuge, bei der in wenigstens einem Gleisabschnitt der Gleisanlage wenigstens die eine der beiden Falhrscbienen von U-förmigen, oben offenen Magnetjochen umgeben ist, die im Bereich des Radkranzes eines auf dieser Fahrschiene rollenden Rades eines Schienenfahrzeuges ein quer zur Bewegungsrichtung des Rades verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel der Magnetjoche an ihrem oberen Ende je eine Lauffläche für die seitlich über die Fahrschiene vorstehenden Teile des Radkranzes der Räder des Schienenfahrzeuges aufweisen, daß die Magnetjoche als Ganzes gegenüber der Fahrschiene in senkrechter Richtung beweglich gelagert sind und daß ferner die beiden Fahrschienen des Gleisabschnittes Teile eines eine Spannungsquelle enthaltenden elektrischen Stromkreises bilden, der vom einen Pol der Spannungsquelle längs der einen Fahrschiene zu den Radsätzen eines auf diesem Gleisabschnitt befindlichen Schienenfahrzeuges, dann über die Radsätze dieses Schienenfahrzeuges zur anderen Fahrschiene und darauf längs der letzteren zurück zum anderen Pol der Spannungsquelle führt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Magnetjochen versehenen Fahrschiene wenigstens ein Nebenleiter par-