DE1563966B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrom-Schienenbremsvorrichtung, die auf beiden Seiten des Fahrgestellrahmens eines Schienenfahrzeugs in Schienenlängsrichtung paarweise angeordnete, untereinander gleiche Wirbelstrom-Bremsmagnete aufweist, die im Bremsbetrieb auf mit den Radlagern fest verbundenen Anschlägen mit einem bestimmten Abstand zur Schiene gehalten und im unerregten Zustand gegenüber den Radlagern gefedert abgestützt sind und aus einer über Erregerwicklungen erregbaren Polschuhreihe mit wechselnder Polfolge bestehen.

Eine derartige Wirbelstrom-Schienenbremsvorrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 467 243 bekannt.

Bei den hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten und großen Lasten moderner Schienenfahrzeuge ist es sehr wichtig, eine von der Haftzahl zwischen Rad und Schiene unabhängige Bremskraft zu erzeugen. Dies geschieht in sehr geeigneter Weise durch Wirbelstrom-Bremsmagnete, die am Fahrzeug sitzen und unmittelbar in der Schiene Wirbelströme erzeugen. Während jedoch bei der bekannten Schienenbremsvorrichtung die Wirbelstrom-Bremsmagnete durch Federn unmittelbar gegenüber den Radlagern abgestützt sind, führt eine solche Anordnung bei modernen Schienenfahrzeugen aus zweierlei Gründen zu einer Verschlechterung des gewünschten hohen Fahrkomforts. Zum einen bedeutet eine Abfederung unmittelbar gegenüber den Radachsen schon von sich aus eine Vergrößerung der Masse, die nur relativ schlecht abgefedert ist, und zum anderen benötigen gerade schnellfahrende moderne Schienenfahrzeuge wegen der hohen Geschwindigkeit zwangläufig schwere Wirbelstrom-Bremsmagnete, so daß gerade aus der Sicht des Fahrkomforts eine derartige Vergrößerung der schlechtgefederten Massen nicht hingenommen werden kann. Die Wirbelstrom-Bremsmagnete müßten also zur Erzielung einer möglichst hohen Laufgüte bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten gut abgefedert im Fahrzeug gehalten werden. Dadurch jedoch wird der Abstand der Magnete von der Schiene im unerregten Zustand insbesondere auch bei Schwankungen des Fahrzeugs oder bei Kurvenfahrt groß.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, für moderne, schnellaufende Schienenfahrzeuge eine Wirbelstrom-Schienenbremsvorrichtung zu schaffen, die den Fahrkomfort nicht verschlechtert und die vor allem stets gleichzeitig und sicher mit der Bremsung eingreift.

Diese Aufgabe wird bei einer Wirbelstrom-Schienenbremsvorrichtung eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wirbelstrom-Bremsmagnete im unerregten Zustand mittels Tragfedern elastisch vertikal verschieblich im gegenüber den Radlagern abgefederten Fahrgestellrahmen getragen sind, daß im Bremsbetrieb die Erregerwicklungen der Wirbelstrom-Bremsmagnete zueinander in Reihe zusammen mit den Bremswiderständen in dem Hauptstromkreis von im Bremsbetrieb arbeitenden elektrischen Fahrmotoren geschaltet sind und daß der Reihenschaltung der Erregerwicklungen in Reihe mit einer Induktivität Stellwiderstände parallel geschaltet sind.

Einzelne der die Erfindung ausmachenden Merkmale sind im Stand der Technik für sich bekannt. So ist es von vielen Reibungs-Bremsmagneten bekannt, diese mittels Tragfedern im Fahrgestellrahmen aufzuhängen (deutsche Auslegeschrift 1155 471). Auch ist es für sich bekannt, bei einer an der Radachse angreifenden und somit über die Haftzahl zwischen Rad und Schiene wirkenden Wirbelstrombremse deren Erregerwicklung in Reihe mit dem Bremswiderstand im Hauptstromkreis von im Bremsbetrieb arbeitenden elektrischen Fahrmotoren zu schalten (deutsche Patentschrift 647 870). Für sich ist es ebenfalls bekannt, Stellwiderstände parallel zur Erregerwicklung von Bremsmagneten vorzusehen, die ebenfalls im Hauptstromkreis von im Bremsbetrieb arbeitenden elektrischen Fahrmotoren liegen (deutsche Patentschrift 737 921). Die Gesamtkombination der Erfindung jedoch macht es erst möglich, für komfortable Schienenfahrzeuge mit hohen Fahrgeschwindigkeiten, die starke und damit schwere Wirbelstrom-Bremsmagnete benötigen, diese als Betriebsbremse einzusetzen.

Der durch die Aufhängung der Wirbelstrom-Bremsmagnete im Ruhezustand im abgefederten Fahrgestellrahmen zwangläufig entstehende große Abstand der Magnete von der Schiene im unerregten Zustand erfordert für deren zuverlässiges Anziehen in die Bremsstellung eine schnellwirkende starke Betriebserregung. Diese ist auf Grund der zur Verfügung stehenden Energie im Hauptstromkreis der im Bremsbetrieb arbeitenden elektrischen Fahrmotoren und auf Grund der Induktivität im gegebenenfalls eingeschalteten Nebenschlußkreis zu den Erregerwicklungen der Wirbelstrom-Bremsmagnete vorhanden.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Aufbau und in seiner Wirkungsweise nachfolgend eingehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Haftzahl und des Koeffizienten der gleitenden Reibung von der Fahrzeuggeschwindigkeit,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Bremskraft und der Anziehungskraft gegenüber der Schiene, abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem nicht reibenden Bremssystem, bei dem Wirbelströme in der Schiene erzeugt werden,

F i g. 3 die Abhängigkeit der Bremskraft von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Verwendung einer normalen dynamischen Bremse als Adhäsionsbremse und bei Zusammenwirken einer dynamischen Bremse mit der Schienen-Wirbelstrombremse,

F i g. 4 ein elektrisches Ubersichtsschaltbild der Bremsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 5 die Seitenansicht eines Eisenbahndrehgestells, in das, vereinfacht dargestellt, eine Bremse gemäß der Erfindung eingebaut ist, und

F i g. 6 und 7 Seiten- und Endansichten, die die Anordnung der Magnetpole bei der erfindungsgemäßen Bremse wiedergeben.

Aus der Kurve 1 in F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Haftzahl zwischen Schiene und Rad mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt, wie dies bereits ausgeführt wurde. Es können deshalb keine größeren Bremskräfte in einem Bremssystem, das von der Haftzahl zwischen Rad und Schiene abhängig ist, erzeugt werden, als durch die Kurve 2 in F i g. 3 dargestellt Mst. Es ist deshalb gängige Praxis, die Bremskraft in der Weise zu steuern, daß sie der Kurve 2 in F i g. 3 folgt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer wird, oder die Bremskraft in Stufen zu steigern, wie dies durch die Kurve 3 in F i g. 3 wiedergegeben ist.

In der F i g. 1 ist außerdem durch die Kurve 4 der bereits erwähnte bemerkenswert niedrige Wert des Koeffizienten der gleitenden Reibung im Vergleich zur Haftzahl bei derselben Geschwindigkeit dargestellt, weshalb die Bremskraft einer direkt wirkenden elektromagnetischen Reibungsbremse, (Solenoidbremse) auf den Schienen bei zunehmender Geschwindigkeit erheblich abnimmt, wozu überdies die Abnahme der magnetischen Anziehungskraft bei hohen Geschwindigkeiten noch weiter beiträgt.

In einem Bremssystem entsprechend der Erfindung kann eine große, im wesentlichen konstante Bremskraft über einen Geschwindigkeitsbereich von sehr hohen bis zu verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten erzeugt werden. Das Bremssystem hat außerdem die Eigenschaft, daß die Bremskraft einfach durch Ändern der Durchflutung der Magnetspulen gesteuert werden kann, wie dies in einer Parameterdarstellung durch die Kurven 5,6 und 7 in der F i g. 2 wiedergegeben ist.

In einem Ausführungsbeispiel, dessen elektrischer Schaltkreis in der F i g. 4 wiedergegeben ist, sind zwei Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 mit Bremswiderständen 8 der dynamischen Bremsen in Reihe geschaltet, und den Wirbelstrom-Bremsmagneten 9 liegen eine Induktivität 10 und Stellwiderstände 11 als induktiver Shunt parallel. Die dynamische Bremsvorrichtung besteht aus zwei als Generatoren im Bremsbetrieb arbeitenden Reihenschluß-Fahrmotoren 12 mit den entsprechenden Feldspulen 13. Schalter 14 und 15 sind vorgesehen, um die einzelnen Widerstände 8 und 11 mehrstufig zu- und abschalten zu können. Mit Hilfe eines weiteren Schalters 16 kann der Stromkreis der Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 kurzgeschlossen werden.

Die Bremskraft dieser elektromagnetischen Wirbelstrombremse mit Wirbelstrom in den Schienen wird durch Verändern der Durchflutung der Wirbelstrom-Bremsmagnete gesteuert, indem die Höhe des Stroms durch deren Elektromagnetspulen gesteuert wird. Nimmt dieser Strom nun mit Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit ab, so kann die Bremskraft abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Stromänderung, wodurch man von einer Kurve der Kurven 5,6 und7 nach Fig.2 auf die andere gelangt, vergrößert werden. Andererseits nimmt jedoch auch die magnetische Anziehungskraft zwischen Schiene und Bremse zu, wie dies durch die Kurven 17,18 und 19 in F i g. 2 gezeigt ist.

Bei konstantem Strom ist die Bremskraft oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit im wesentlichen konstant, was beispielsweise aus der Kurve 5 (Fig.2) ersichtlich ist, und die magnetische Anziehungskraft der Schienen nimmt mit steigender Geschwindigkeit ab.

Die Stromsteuerung wird mit Hilfe der Schalter 14 und 15 durchgeführt. Die Bremskraft der dynamischen Bremseinrichtung und diejenige der Schienenbremseinrichtung wird durch Ein- und Ausschalten der Schalter 14 an den Bremswiderständen 8 der dynamischen Bremse für beide Systeme gleichzeitig verändert, wogegen das Zu- und Abschalten der Schalter 15 die Bremskraft der dynamischen Bremse nicht beeinflußt, so daß dadurch nur die Bremskraft der Wirbelstrom-Schienenbremse verändert wird. Wird der Kurzschlußschalter 16 eingelegt, so ist die Wirbelstrom-Schienenbremse außer Betrieb.

Gemäß F i g. 5 sind die Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 im Drehgestell mit einem bestimmten Luftspalt 21 zwischen der untersten Fläche der Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 und der Oberkante der Schienen 20 auf beiden Seiten des Drehgestells angebracht. Der Laststrom der dynamischen Bremse wird durch die Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 in der Art durchgeführt, wie es in der F i g. 4 gezeigt ist.

Während des Betriebs muß sich jeder Wirbelstrom-Bremsmagnet 9 an Punkten abstützen, die unterhalb der Achsfedern liegen, damit der Luftspalt 21 einen fest vorgegebenen Wert hat, jedoch wird der Bremsmagnet 9, wenn er nicht in Betrieb ist, durch einen entsprechenden Mechanismus von dieser Abstützung abgehoben, so daß er dann ebenfalls durch die Achsfedern abgefedert ist. Das heißt, daß der Bremsmagnet 9 derart angebracht ist, daß er in seiner Ruhelage vom Drehgestellrahmen 23, der auf Achsfedern 22 ruht, über eine Traganordnung mit Tragfedern 24 und Haltestangen 25 getragen werden, daß er jedoch in Arbeitsstellung auf Backen 29 ruht, die an einem Träger 28 hängen, welcher die Lagerkästen 27 der Räder 26 miteinander verbindet, wobei die Anziehungskraft des Wirbelstrom-Bremsmagnets gegenüber der Schiene 20 dafür sorgt, daß der Bremsmagnet auf den Backen 29 aufliegt und damit der Luftspalt 21 konstant ist.

Bei bewegtem Fahrzeug erzeugt der magnetische Fluß der einzelnen Magnetpole 30 im Betrieb der Wirbelstrom-Bremsmagnete 9 in der Schiene 20 einen Wirbelstrom, der in bekannter Weise so gerichtet ist, daß das Fahrzeug verzögert wird. Das heißt, das Zusammenwirken des magnetischen Flusses, der durch den Wirbelstrom erzeugt wird, und des magne-

5 6

tischen Flusses von den Magnetpolen 30 erzeugt die hintereinander, wie es die F i g. 6 zeigt. Die Anord-

Bremskraft. nung der Magnetpolschuhe 37 mit an sich bekannter

In diesem Bremssystem besteht in bekannter wechselnder Polarität, wie sie sich schon wegen der

Weise kein direkter mechanischer Kontakt zwischen Bemessung der Polkerne 35 und der Spulen 36 der

dem Wirbelstrom-Bremsmagneten 9, der mit konstan- 5 Magnetpole 30 anbietet, ist auch vorteilhaft bezüg-

tem Luftspalt 21 oberhalb der Schiene 20 gehalten lieh einer kleinen Anziehungskraft und einer großen

wird, und der Schiene 20. Es können deshalb die Bremskraft. Die Magnete werden im Hinblick auf die

Schiene und die Magnetpole 30 nicht durch gegensei- Schienenabmessungen so gewählt, daß der Streufluß

tige Reibung abgenutzt oder zerstört werden. klein und die Induktion möglichst hoch gehalten

Die Bremskraft, die durch eine derartige Schienen- io wird, wie dies in der F i g. 7 gezeigt ist.
bremse hervorgerufen wird, ist in der Fig.2 durch Bei niedrigen Geschwindigkeiten greift außerdem die Kurven 5,6 und 7 wiedergegeben. Fließt also ein eine mechanische Bremse (angedeutet durch die Strom, der in der dynamischen Bremsanordnung un- Kurve 34 in F i g. 3) ein, da dann eine dynamische ter gleichzeitiger Erzeugung einer Bremskraft gemäß Bremse und die Wirbelstrombremse wirkungslos Kurve 31 in Fig. 3 erzeugt wird, durch die Wirbel- i₅ werden, was jedoch erst in einem Bereich nötig ist, in strom-Bremsmagnete 9, so wird in diesen eine dem die Haftzahl sehr groß ist, so daß dadurch die Bremskraft gemäß Kurve 32 erzeugt, die zusammen Abnahme der Bremskraft der elektromagnetischen mit der Bremskraft nach Kurve 31 die in der Kurve Bremsanordnung ausgeglichen wird. Zwar nimmt bei 33 wiedergegebene Bremskraft ergibt. Es läßt sich Abnahme der Geschwindigkeit die Anziehungskraft also, verglichen mit den sonst erzielbaren Bremskraf- ao bei herkömmlichen Systemen zwischen der Schiene ten, ζ. B. lediglich mit einer dynamischen Bremsan- und den Magneten zu, jedoch wird bei der Bremsanordnung, eine Bremskraft erzeugen, die sehr groß ist Ordnung gemäß der Erfindung der in der dynami- und über den gesamten Geschwindigkeitsbereich, bis sehen Bremsvorrichtung erzeugte Strom für die Errezu sehr hohen Geschwindigkeitswerten aufrechterhal- gung der Magnete der Wirbelstrombremsanordnung ten werden kann, ohne daß die Abnahme des Haft- as verwendet, so daß bei abnehmender Geschwindigkeit wertes eine Verringerung der Bremskraft erforderlich und damit abnehmender Stromerzeugung in der macht. dynamischen Bremsanordnung auch die Anzie-

Die Magnetpole 30 liegen auf beiden Seiten des hungskraft zwischen Magneten und Schiene abDrehgestells in einer Reihe in Richtung der Schiene nimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wirbelstrom-Schienenbremsvorrichtung, die auf beiden Seiten des Fahrgestellrahmens eines Schienenfahrzeugs in Schienenlängsrichtung paarweise angeordnete, untereinander gleiche Wirbelstrom-Bremsmagnete aufweist, die im Bremsbetrieb auf mit den Radlagern fest verbundenen Anschlägen mit einem bestimmten Abstand zur Schiene gehalten und im unerregten Zustand gegenüber den Radlagern gefedert abgestützt sind und aus einer über Erregerwicklungen erregbaren Polschuhreihe mit wechselnder Polfolge bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrom-Bremsmagnete (9) im unerregten Zustand mittels Tragfedern (24) elastisch vertikal verschieblich im gegenüber den Radlagern (27) abgefederten Fahrgestellrahmen (23) getragen sind, daß im Bremsbetrieb die Erregerwicklungen (36) der Wirbelstrom-Bremsmagnete (9) zueinander in Reihe zusammen mit den Bremswiderständen (8) in dem Hauptstromkreis von im Bremsbetrieb arbeitenden elektrischen Fahrmotoren (12) geschaltet sind und daß der Reihenschaltung der Erregerwicklungen (36) in Reihe mit einer Induktivität (10) Stellwiderstände (11) parallel geschaltet sind.