DE1755827A1

DE1755827A1 - Magnetische Bremse fuer Fahrzeuge,vorzugsweise fuer schienengebundene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1755827A1
Application number: DE19681755827
Authority: DE
Inventors: Max Baermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1971-08-12
Also published as: US3625317A

Description

MAX BAERMANN 5u6BENsberg bezirk Köln 13, April 1970

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Scha/Lg 230/68

Magnetische Bremse für Fahrzeuge, vorzugsweise für schienengebundene Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Bremse für Fahrzeuge, vorzugsweise für schienengebundene Fahrzeuge.

Bei einer bekannten magnetischen Schienenbremse sind die Magnetpole, die mit dem Bremskörper in Verbindung stehen, in Längsrichtung zur Schiene hintereinander angeordnet. Die Magnetpole, die aus ferromagnetischem Verkstoff bestehen, werden entweder durch Elektromagnet© oder Dauermagnete erregt. Bei derartigen Schienenbremsen wird der Bremskörper durch magnetische Anziehungskräfte auf die ferromagnetische Schiene gepreßt, so daß die Bremswirkung auf der zwischen Bremskörper und Schiene auftretenden Reibung beruht.

Diesen Bremsen haftet der Nachteil an, daß infolge der Reibung ein erheblicher Verschleiß der Bremskörper eintritt. Ein weiterer bei diesen Reibungsbremsen auftretender Mangel besteht darin, daß bei hohen Geschwindigkeiten der Reibungskoeffizient/1 klein ist, obwohl zur Erreichung hoher Bremskräfte bei diesen Geschwindigkeiten eine große Reibung wünschenswert wäre. Hingegen nimmt bei

Unterlagen (Art.7«, a*..■< „,., c,_lt/, _ü, . 109833/0647

sinkender Geschwindigkeit bei diesen Reibungsbremsen der Reibungskoeffizient u. zu.

Überdies ist bei Reibungsbremsen die Bremswirkung von den Witterungsbedingungen abhängig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine verschleißfreie, magnetische Bremse für Fahrzeuge, vorzugsweise schienengebundene Fahrzeuge zu schaffen, mit der ein hohes Bremsmoment auch bei großen Geschwindigkeiten erzielbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung von Wirbelstrombremsen erreicht, deren feststehende Teile am abzubremsenden Körper befestigt sind und deren umlaufende Teile mit einem zu dem abzubremsenden Körper in relativer Bewegung befindlichen Teil oder Teilen in unmittelbarer Berührung stehen und auf diese durch mechanische oder magnetische Kräfte zum Zwecke des Bremsens gepreßt sind.

Der Anpreßdruck ist hierbei so gewählt, daß er möglichst den Auflagedruck, den das abzubremsende Teil auf die Fahrbahn ausübt, nicht überschreitet. Vorzugsweise liegt er im Bereich desselben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremsen direkt auf der Schiene aufliegen oder die eine wechselnde Polarität (N,S,N,S) aufweisende Magnetanordnung der Wirbelstrombremse in geringem Abstand zur Schiene angeordnet sein.

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In diesem Falle sind die Wxrbelstrombremsen an einem Gestell gelagert, welches am Fahrzeugrahmen in vertikaler Richtung verschiebbar befestigt ist. Die vertikale Verschiebung des Gestelles kann durch Druckluft erfolgen.

Das Gestell kann auch mit elektromagnetisch erregten Anzugsmagneten versehen sein, die an der den Schienen zugekehrten Seite mit geringem Abstand zur Schiene angeordnet sind. Durch diöse Anzug;,-maijiieue werden di· Wirbelstrombremsräder mit dem notwendigen φ Anpreßdruck auf die Schiene aufgepreßt. Gemäß Fig. 1 sind die Pole dieser Magnetanordnung zur gleichzeitigen Erzeugung von Wirbelströmen in der Schiene mit wechselnder Polarität in Fahrtrichtung angeordnet.

Zweckmäßig werden die feststehenden Teile der Wirbelstrombremsen mit elektromagnetisch erregten Feldmagneten ausgestattet. Zur Speisung derselben und der am Gestell angeordneten Anzugsmagnete dient ein Stromerzeuger, der am Gestell befestigt ist und entweder unmittelbar durch Friktion mit der Schiene oder durch umlaufende ^ Teile, wie die Radachse des Fahrzeuges, angetrieben wird.

Die Stromzuführung vom Stromerzeuger zu den Feldmagneten der Wirbelstrombremsen kann man vorzugsweise durch die mit einer Bohrung versehene, feststehende Welle, auf der die Feldmagnete angeordnet sind, vornehmen.

Der umlaufende Teil der Wirbelstrombremse besteht in einer bevorzugten Ausführung aus einer Trommel, die auf ihrem inneren Umfang

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mit der aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Wirbelstrombahn versehen ist. Am äußeren Umfang weist diese Trommel eine ebene Lauffläche auf, die mit der Schiene in unmittelbarer Berührung steht. Während die Feldmagnete am Fahrzeuggestell feststehend angeordnet sind, ist der die Wirbelstrombahn tragende Teil drehbar gelagert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse auch direkt auf der Lauffläche der Fahrzeugräder abrollen. Bei schienengebundenen Fahrzeugen sind in diesem Falle die Wirbelstrombremsen an dem zu beiden Seiten der Fahrzeugräder angeordneten Bremsgestänge, an dem bisher die Bremsklötze angebracht waren, befestigt und werden durch einen senkrecht zur Radachse wirkenden mechanischen Druck auf die Laufflächen der Fahrzeugräder gepreßt.

Es kann aber auch eine separate Scheibe auf der rotierenden Achse parallel zum Laufrad befestigt sein, die eine entsprechend breit ausgebildete Lauffläche aufweist, auf der die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse abrollen.

Um den Verschleiß der Laufflächen möglichst gering zu halten, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse direkt auf der Lauffläche des Fahrzeugreifens von straßengebundenen Fahrzeugen abrollen, kann zur Massenbeschleunigung der umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse zunächst die Anpressung an die Laufflächen ohne Einschaltung der Breas-

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magnete vorgenommen werden. Die Einschaltung der Bremsmagnete erfolgt, nachdem die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse eine genügend große Umdrehungszahl erreicht haben.

Um eine möglichst hohe Drehzahl der umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse zu erreichen, kann bei dem sogenannten Reibradantrieb eine Übersetzung ins Schnelle vorgesehen sein. Hierdurch kann das Gewicht der Wirbelstrombremse beachtlich reduziert und die Luft~ kühlung wesentlich verbessert werden.

Die Wirbelstrombremsung kann mit einer Reibungsbremse derart kombiniert sein, daß für die Schnellbremsung zur Verringerung hoher Geschwindigkeiten zunächst die Wirbelstrombremsen in Tätigkeit treten und sodann zur Standbremsung die Reibungsbremse wirksam wird. In diesem Falle ist zwischen den beiden Wirbelstrombremsen, die federnd an dem Bremsgestänge befestigt sind, ein Bremsklotz vorgesehen, der jedoch gegenüber der bisherigen Ausführung wesentlich kleiner gehalten üexri Kann.

Die Magnetanurdiiung der Wxrbex.s troiiibi-eni^e zur Erzeugung der Wirbelströme kann in an sich bekannter Weise aus Dauermagneten zusammengesetzt sein. Hierbei kann eine Regelung des Kraftflusses der Dauermagnete durch mechanische oder elektrische Mittel erfolgen, wie sie z.B. in den deutschen Patentanmeldungen P 16 13 031.7 und P 16 13 034.0 beschrieben sind.

Di· Dauermagnete können auch mit einer Wicklung geringer Windungszahl versehen sein, die dazu bestimmt ist, die Dauermagnete mehr

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oder weniger stark aufzumagnetisieren.

Neben dem Vorteil der verschleißfreien Bremsung ist es gemäß der vorliegenden Erfindung gelungen, das bei den Wirbelstrombremsen auftretende Problem der Wärmeabführung dadurch zu lösen, daß mehrere Wirbelstrombremsen mit kleiner Bremsleistung vorgesehen werden können, die in ihrer Gesamtheit das benötigte Bremsmoment hervorrufen. Es können z.B. an jedem Fahrzeugrad zwei gegenüberliegend angeordnete kleine Wirbelstrombremsen, die geringen Kostenaufwand verursachen, angeordnet sein.

Ein weiterer Vorteil, das Gesamtbremsmoment in mehrere kleine Bremsaggregate aufzuteilen, besteht in einer geringeren Massenbeschleunigung der umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse.

Nachfolgend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Erfindung an einem Schienenfahrzeug, bei dem die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremsen auf der Schiene aufliegen, in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine andere Ausführung, bei welcher die umlaufenden Teile

von vier Wirbelstrombremsen auf der Lauffläche des Fahrzeugrades abrollen,

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Fig, 3 eine andere Ausführung- in schematischer Darstellung, bei welcher der Antrieb von vier Wirbelstrombremsen über ein Reibradgetriebe mit Übersetzung ins Schnelle erfolgt,

Fig. k eine andere Ausführung eines Reibradantriebes.

Bei dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Wirbelstrombremsen 1 direkt auf der Schiene 2 während des Bremsvorganges auf und werden durch hydraulische und magnetische Kraft« mif die Schiene aufgepreßt. Zu diesem Zweck sind die Wirbelstrombremsen an einem Gestell 3 gelagert, welches am Fahrzeuggestell, z.B. am Drehgestell 7 eines Eisenbahnwagens, xn vertikaler Richtung verschiebbar befestigt ist. Die vertikale Verschiebung in der durch Pfeile in Fig.1 angegebenen Richtung zur Einschaltung der Bremse und Anpressung der Wirbelstrombremsen auf die Schiene erfolgt durch Druckluft, die über die angedeutete Druckleitung 8 in einen Druckluftzylinder 5 einströmt und auf den Kolben k einwirkt, welcher mit dem Gestell 3 verbunden ist. In dem Unterteil des Gestells 3> welches dicht über die Schiene geführt ist, sind elektromagnetisch erregte Anzugsmagnete 6 angeordnet, welche die AnpreÜkraft der Wirbelstrombremsen auf die Schienen erhöhen. Die Pole der elektromagnetisch erregten Magnete 6 sind in der Zeichnung mit den Buchstaben N und S gekennzeichnet, so daß sich in Längsrichtung der Schiene eine Polanordnung mit wechselnder Polarität ergibt, wobei sich zwischen den Poloberflächen und der Schienenlauffläche ein geringer Luftspalt befindet. Durch die

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relative Bewegung dieser Magnetanordnung mit wechselnder Polarität zur Schiene werden neben der magnetischen Anziehung auch Wirbelströme in der Schiene induziert, die vorteilhaft zur Abbremsung des Fahrzeugs ausgenutzt werden können.

Zur Ausschaltung der Bremse wird Druckluft über die Druckleitung 9 in den Druckluftzylinder geführt, die so auf den Kolben k einwirkt, daß sich das Gestell von der Schiene abhebt.

Die Wirbelstrombremsen bestehen in an sich bekannter Weise aus einem feststehenden und eines umlaufenden Teil, wobei der eine Teil eine Wirbelstrombahn trägt und der andere Teil eine Magnetanordnung mit wechselnder Polfolge aufweist, deren magnetische Feldlinien bei relativer Bewegung der beiden Teile zueinander in der Wirbelstrombahn Wirbelströme induzieren. Hierbei kann die Magnetanordnung aus Dauermagneten oder Elektromagneten bestehen. Zur Speisung der Elektro- oder Feldmagnete der Wirbelstrombremsen und der Anzugsmagnete 6 am Gestell 3 kann ein Stromerzeuger vorgesehen werden,welcher ebenfalls am Fahrzeuggestell befestigt ist und entweder unmittelbar durch Friktion mit der Schiene oder durch umlaufende Teile, wie die Radachse des Fahrzeuges, angetrieben wird.

Der Aufbau der Wirbelstrombremsen ist in der Zeichnung nicht näher dargestellt, da er an sich bekannt ist.

Im vorliegenden Ausführungebeispiel gemäß Fig. 1 werdenvwrzugsweise Wirbelstrombremsen verwendet, bei welchen die umlaufenden

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Teile als geschlossene Trommel ausgebildet sind, um ein Eindringen von Staub und Feuchtigkeit in den Luftspalt zu vermeiden. In dieser Trommel ist am inneren Umfang die Wirbelstrombahn angebracht. Die Außenflächen der Trommel sind zur Abführung der Wärme mit Kühlrippen verseilen.

Die die Wirbelstrombahn tragende Trommel der Wirbelstrombremse ist auf der Achse 10 des Gestells drehbar gelagert, während die Feidmagnete oder Dauermagnete auf der Achse 10 feststehend angeordnet sind.

Bei Einschaltung der Bremse werden die die Wirbels tr onibahnen tragenden umlaufenden Teile der Wirbelstrombremsen auf die Schiene gepreßt und rotieren mit dem fahrenden Fahrzeug. Hierbei werden xn der Wirbelstrombahn Wirbelströme erzeugt, deren Felder den induzierenden Feldern entgegenwirken und so eine Abbremsung bewirken.

Zur Erhöhung des Reibungswiderstandes können die Laufflächen des umlaufenden Teils der Wirbelstrombremsen mit einem Belag 11 mit hohem Reibungskoeffizienten versehen sein.

In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 rollen die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremsen 1 direkt auf der Lauffläche des Fahrzeugrades 13 ab. Im vorliegenden Fall sind beispielsweise je zwei Wirbelstrombremsen vorgesehen, die zu beiden Seiten des Fahrzeugrades an einem Bremsgestänge 14 angebracht sind, welches am Fahrzeuggestell 15 gelagert ist. Die Bremsgestänge zu beiden Seiten des Fahrzeugrades werden durch Druckluft in die Ein- und Ausschaltstellung bewegt - wie durch Pfeile schematisch dargestallt ist -

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und in der Einschaltstellung an die Lauffläche des Fahrzeugrades gepreßt.

In einer weiteren Ausführung nach Fig. 3 ist auf der Radachse eines Schienenfahrzeuges eine separate Scheibe 17 befestigt. Auf diese separate Scheibe vird die Antriebsscheibe 18 gepreßt, die mit der Antriebsachse 19 der umlaufenden Teile der beiden Wirbelstrombremsen 1 verbunden ist. Die Antriebsachse ist in einem Lagerteil 20 z.B. mittels Kugellager 21 drehbar gelagert. Bei der vorliegenden Ausfuhrung trägt der umlaufende Teil der Wirbelstrombremse, der mit der Antriebsachse 19 verbunden ist, die Magnetanordnung, während der feststehende Teil, der mit dem Lagerteil 20 verbunden ist, die Wirbelstrombahn aufweist.

Der feststehende Teil der Wirbelstrombremse ist an den Außenflächen

22 zur Ableitung der entstehenden Wärme mit Kühlrippen/versehen.

Das Lagerteil 20 mit Antriebsscheibe 18 wird ähnlich der Ausführung gemäß Fig.1 mit Preßluft an die Scheibe 17 angepreßt und abgehoben.

Durch entsprechende Ausbildung der Scheibe 17 und der Antriebsscheibe 18 mit unterschiedlichem Durchmesser kann eine Übersetzung des Antriebs der Wirbelstrombremsen ins Schnell· erreicht werden.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 rollen die Antriebsscheiben 18 auf den gegenüberliegenden Seitenflächen der auf der Radachse 16 befestigten separaten Scheibe 17 ab. Die Antriebsscheiben 18 sind über die Antriebsachsen 19 »it den umlaufenden

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Teilen der beiden Wirbelstrombremsen 1 verbunden, welche am Farn*- zeuggestell 15 beweglich, aufgehängt sind.

Die Ein- und Ausschaltung der Wirbelstrombremsen erfolgt wiederum durch Druckluft« Zu diesem Zweck sind Druckluftzylinder 5 vorgesehen, in denen Kolben 4 angeordnet sind, die mit einer Kolbenstange 23 verbunden sind. Die Antriebsachsen 19 sind in einer am Ende der Kolbenstange angebrachten Kugellagerung 21 drehbar gelagert.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, die sich auf schienengebundene Fahrzeuge beziehen, beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auch in vorteilhafter Weise für Kraftfahrzeuge anwendbar, wobei die umlaufenden T_eile der Wirbelstrombremse direkt auf der Lauffläche des Fahrzeugreifens abrollen können.

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Claims

Patentansprüche

1. Magnetische Breaso für Fahrzeuge, vorzugsweise für schienengebundene Fahrzeuge, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wirbelstroabreasen, deren feststehende Teile am abzubremsenden Körper befestigt sind und deren umlaufende Teile mit einem zu

α dem abzubremsenden Körper in relativer Bewegung befindlichen Teil oder Teilen in unmittelbarer Berührung stehen und auf diese durch mechanische oder magnetische Kräfte zum Zwecke des - Bremsens gepreßt sind.

2. Magnetische Braase für Fahrzeuge, vorzugsweise für schienengebundene Fahrzeuge, gekonnzeichnet durch die Vorwondung von Wirbelstroabraasen, deren Magnetanordnung elektromagnetisch erregte Pole mit in Fahrtrichtung wechselnder Polarität (N,S,N,S) aufweist, deren PeIflachen zur Erzeugung der Wirbelströme in der

W S_chiene mit einem dazwischen liegenden Luftspalt dor Schiono zugekehrt sind (Fig.i).

3. Magnetische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ualaufenden Teile der Wirbelstroabrease auf dor Schiene aufliegen.

k. Magnetische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die ualaufenden Teile der Wirbelstrombremse auf dor Lauffläche dor Fahrzeugräder abrolle^ 109833/0647

Unterlagen (Art 7 § 1 al- 2 ■■+ , ^., „ ,

5. Magnetische Bremse nacht Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer rotierenden Fahrzeugachse parallel zum Fahrzeugrad eine separat· Scheibe befestigt ist, die eine entsprechend ausgebildete Lauffläche aufweist, auf der die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse abrollen.

6. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1,4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Reibradantrieb der Wirbelstrombremse eine Übersetzung ins Schnelle aufweist.

7. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Teile der Wirbelstrombremse als Trommel ausgebildet sind.

8. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremsen an einem Gestell gelagert sind, welches am Fahrzeugrahmen in vertikaler Richtung verschiebbar befestigt ist.

9. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 3 ^u*id 7 ^u*id 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der den Schienen zugekehrten Seite des Gestelles elektromagnetisch erregte Anzugsmagnete mit geringem Abstand zur Schienenoberfläche angeordnet sind.

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υ. Magnetisch· Br«as· nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Anzugsmagnete des Gestelles und der Feldmagnete der Wirbelstrombremsen ein Stromerzeuger vorgesehen ist, welcher am Fahrzeuggesteil befestigt ist.

11. Magnetische Brease nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Stromerzeugers durch umlaufende Teile, wie beispielsweise die Radachse des Fahrzeuges, erfolgt.

12. Magnetische Bremse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der Antrieb des Stromerzeugers durch auf der Schiene laufende Reibräder erfolgt.

13. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromerzeuger am Gestell federnd gelagert ist.

14. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1 und k_t dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seit· «ines Fahrzeugradsatzes am Bremsgestange der Radbremse zwei Wirbelstrombremsen federnd angebracht sind, deren Wirbelstrombahnen im eingeschalteten Zustand der Bremse mit der Lauffläch· des Fahrzeugrades in Berührung stehen.

15. Magnetische Brems· nach den Ansprüchen 1, k und 14, dadurch gekennzeichnet, daß n«ben den federnd ang«erdn*t*n Virbel-

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strombremsen an Bremsgestänge zusätzlich, ein Bremsklotz, vorzugsweise zwischen den beiden Wirbelstrombremse^ angebracht ist.

16. Magnetische Bremse nach den Ansprüchen 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß im Bremszustand zunächst die Wirbelstrombremsen in Tätigkeit treten und sodann zur Standbremsung die Reibungsbremse in Tätigkeit tritt.

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