DE1947278C3 - Vorrichtung zum Erhöhen der Achslast von Schienentriebwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er- Zeichnung näher erläutert. Es zeigt höhen der Achslast von Schienentriebwagen od. dgl. Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elek-

mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruches. 35 tromagnetischen Einrichtung zur Erzeugung einer

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung zur Anziehungskraft und einer Bremskraft zwischen Erhöhung der Achslast und zur gleichzeitigen Fahrwerk und dem Gleis,

Bremsung durch Wirbelstrome (DT-PS 95 843) sind F i g. 2 eine Darstellung des prinzipiellen Verlaufs

mehrere Magnetspulen mit entsprechenden Pol- der Anziehungskraft und der Bremskraft über der schuhen hintereinandergereiht am Fahrgestell eines 40 Geschwindigkeit,

Schienentriebwagens so befestigt, daß zwischen F i g. 3 eine graphische Darstellung der einzelnen

ihnen und der Schiene ein schmaler Luftspalt ver- Kräfte in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, bleibt. Durch ständige oder zeitweilige Erregung Fig. 4a eine Seitenansicht eines Fahrwerkes mit

dieser Magnete entsteht eine Anziehungskraft zwi- der obengenannten elektromagnetischen Einrichtung, sehen der Schiene und dem Fahrgestell, d. h. den 45 Fig. 4b eine Draufsicht auf das Fahrwerk nach Treibrädern, die sich zur Achslast addiert und eine F i g. 4 a,

höhere Zugkraft ermöglicht. Nach dem Anfahren, Fig. 5 eine graphische Darstellung der Wirkungs-

also bei einer Relativbewegung zwischen dem Elek- weise des Fahrwerks nach Fig. 4a und 4b, tromagneten und der Schiene, werden in dieser Fig. 6a, 6b graphische Darstellungen des Haft-

Wirbelströme erzeugt, die eine Bremswirkung her- 50 rcibungskoeffizienten und der Haft- bzw. Bremsvorrufen. Zur Erregung der Magnete kann Linien- kräfle in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, strom oder ein von einem an der Wagenachse ange- Gemäß F i g. 1 ist ein Kern 10 mit mehreren

ordneten Dynamo erzeugter Strom verwendet wer- Magnetspulen 10 a bis 10 d gegenüber einem magneden. Bei dieser bekannter. Vorrichtung besteht jedoch tischen Werkstoff 12 so angeordnet, daß dazwischen keine Beziehung zwischen der Bremswirkung und der 55 ein kleiner Luftspalt begrenzt ist. Eine Errcgcrspule magnetischen Vergrößerung der Achslast in Ab- ist um jeden der Magnetpole 10a bis IQd gewickelt, hängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand. Da Wenn derartige Erregerspulen durch eine Gleichzum Anfahren sehr hohe Zugkräfte erforderlich sind, stromquelle 14 erregt werden, wird bekanntlich ein ist es vorteilhaft, in diesem Betriebszustand die Induktionsfluß (vgl. die Strichlinien) erzeugt, so dal magnetische Anziehung und damit die Achslast- 60 eine Anziehungskraft W den Kern 10 und den ma erhöhung besonders zu verstärken, wohingegen bei gnetischcn Werkstoff 12 gegenseitig anzieht, höheren Geschwindigkeiten es zweckmäßiger ist, die Wenn andererseits der Kern 10 in Pfeilrichtung

Bremswirkung durch die Elektromagnete zu erhöhen. bewegt wird, wird der Induktionsfluß verschoben, se

Aus der DT-PS 1104 713 ist es bekannt, die daß ein Wirbelstrom im magnetischen Werkstoff 12 Regelspulc des Elektromagneten im Hauplstromkreis 65 entsteht. Infolge Wechselwirkung zwischen derr des Antriebsmotors anzuordnen. Dadurch wird eine Wirbelstrom und dem Induktionsfluß wird eine di< zur Zugkraft des Motors proportionale Anpreßkraft Bewegung des Kerns 10 behindernde Kraft im Kerr erreicht. 10 erzeugt, d. h., eine Bremskraft B tritt im Kern 11

auf. Diese Anordnung wird Wirbelstrombremse genannt. Wahlweise kann der Kern 10 ortsfest gehalten und der magnetische Werkstoff 12 bewegt werden, um ähnlich eine Wirbelstrombremskraft zu erzeugen, da die Bremskraft durch die Relativbewegung zwischen dem Kern 10 und dem magnetischen Werkstoff 12 entsteht.

Die Anziehungskraft W und die Bremskraft B, die zwischen dem Kern 10 und dem magnetischen Werkstoff 12 auftreten, hängen von de; Bewegungsgeschwindigkeit in einer Weise ab, die in F i g. 2 dargestellt ist.

Die Anziehungskraft W nimmt also bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit ab, während die Bremskraft B bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit zunimmt. Dieser Umstand kann folgendermaßen erklärt werden. Der Wirbelstrom, der im ,nagnetischen Werkstoff 12 durch die Bewegung des Induktionsflusses erzeugt wird, nimmt mit wachsender Geschwindigkeit zu. Ferner wird eine gegenmagnetomotorische Kraft (Gcgen-MMK), die "den Induktionsfluß aufheben will, im magnetischen Werkstoff 12 durch den Wirbelstrom erzeugt. Da eine Erhöhung des Wirbelstroms von einer entsprechenden Erhöhung der Gegen-MMK begleitet ist, nimmt die Induktionsflußdichte im Luftspalt zwischen dem Kern 10 und dem magnetischen Werkstoff 12 bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit uh. Dahei fällt die Anziehungskraft W mit zunehmender Geschwindigkeit ab.

Das Produkt der Bremskraft B, das durch den Wirbelstrom erzeugt wird, und der Geschwindigkeit, d. h. die verbrauchte Leistung, ist gleich dem Wirbelstromverlust, der in den Schienen auftritt. Daher ist bei Vernachlässigung der Sättigung der lnduktionsflußdichtc in den Schienen der angegebene Wirbelstromverlust ungefähr proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, so daß die Bremskraft B etwa proportional zur Geschwindigkeit ist.

Es sollen jetzt Meßwerte von Versuchen angegeben werden, die von den Erfindern durchgeführt wurden. Die für den Versuch verwendete Vorrichtung hatte folgende Nennwerte

Zahl der Spulen (Zahl der Pole) 12 Zahl der Windungen/Spule 95

Außenabmessungen 1500 < 150 150 mm

Luftspalt zwischen Pol

und Schiene 6,5 mm

Die Meßwerte wurden für zwei verschiedene Fälle erhalten, d. h., in einem Fall wurden '.wolf Spulen in zwei Spuleneinheiten unterteilt, die jeweils sechs Spulen aufwiesen, um zwei Pole zu ergeben, während im anderen Fall jede der zwölf Spulen als Pol diente, um zwölf Pole zu ergeben. Die Anzahl der wirksamen Spulen wa. also in jedem Falle dieselbe.

Im stationären Zustand der Vorrichtung wurde eine Anziehungskraft von etwa 2800 kp erzeugt, wenn ein Strom von 310 A den Errcgerspulcn zugeführt wurde, während eine Anziehungskraft von 2000 kp erzeugt wurde, wenn ein Strom von 150A den Erregerspulen zugeführt wurde. Diese Anziehungskräfte verringerten sich bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit, wie durch die Strichpunktlinicn W₁ und W₂ in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anziehungskraft wurde nicht durch die Zahl der Pole beeinflußt, da ja die Anzahl der wirksamen Spulen in jedem Falle dieselbe war.

Hinsichtlich der Bremskraft war eine starke Schwankung zwischen der Verwendung von zwei und der von zwölf Polen festzustellen. Die Bremskraft bei zwei Polen ist durch die Voll-Linien B₁ und B₂ dargestellt, während die Bremskraft für zwölf Pole in Form der Strichlinien B₁ und B.,' aufgetragen ίο ist. Die Kurven B₁ und B₁ entsprechen einem Erregerstrom von 310A und die Kurven B., und B₂' von 150 A.

Fig. 4a und 4b zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines mit einer elektromagnetischen Einrichtung ausgestatteten Fahrwerks, dessen Arbeitsweise auf dem eben beschriebenen Prinzip beruht. Ein starrer Rahmen 16 ist mit Achslagern 20 und Trägern 22 versehen. Die Achslager 20 tragen drei Räder 18, deren Antrieb nicht abgebildet ist. Der starre Rahmen 16 ist mit einem Fahrgestellrahmen 26 über Achsfedern 24 verbunden. Dei Fahrgestellrahmen 26 ist mit einem Wagenaufbau (nicht abgebildet) über Achsträgerfedern 28 und eine Mittelpktte 30 verbunden.

Ein Satz elektromagnetischer Einrichtungen 32, die jeweils einen Kern und Erregerspulen haben, ist auf den Trägern 22 montiert. Im vorliegenden Fall müssen die Magnetpole jeder elektromagnetischen Einrichtung 32 sich gegenüber einer Schiene 34 um einen vorgegebenen Luftspalt von ihr getrennt befinden. Die Erregerspulen werden durch eine geeignete Stromquelle erregt. Zum Beispiel kann der Ankerstrom des Antriebsmotors als Stromquelle verwendet werden. Das hat den Vorteil, daß die Achslast der Treibräder 18 in Abhängigkeit vom durch den Antriebsmotor erzeugten Drehmoment in noch zu beschreibender Weise geändert werden kann.

Die Arbeitsweise der in Fig. 4a und 4b gezeigten Vorrichtung wird jetzt an Hand von F i g. 5 erklärt. Im aberregten Zustand der elektromagnetischen Einrichtungen 32 wird eine Achslast W₀ entsprechend dem Aufbaugewicht auf die Treibräder 18 übertragen. Das Produkt W₀ μ, das aus den Faktoren Achslast W₀ und Haftkoeffizient μ besteht, stellt den Haftgrenzwert dar. Dieser ist in F i g. 5 als Strichpunktlinie aufgetragen.

Wenn die elektromagnetischen Einrichtungen erregt werden, wird eine Anziehungskraft zwischen diesen und den Schienen 34 erzeugt. Diese Kraft wird auf die Achsen über die Träger 22, den starren Rahmen 16 und die Achslager 20 übertragen, so daß die Achslast jeder Achse um Wa erhöht wird. Die Erhöhung Wa der Achslast, multipliziert mit dem Haftkoeffizient //, d. h. Wa μ, kann als Haftkraft ausgenutzt werden. Diese ist als dünne Voll-Linie in Fig. 5 gezeigt. Bekanntlich nimmt der Haftkoeffizient μ zwischen den Treibrädern 18 und den Schienen 34 mit zunehmender Geschwindigkeit der Räder 18 afc.

Es soll jetzt angenommen werden, daß eine gleichzeitig erzeugte Bremskraft F_n gleich der Haftkraft Wa 11 bei einer Geschwindigkeit V_x wird. Die Addition der Erhöhung Waμ zum Haftwert W₀μ ergibt (W_n -\- Wa) 11, welcher Wert durch die Zweipunkt-Strich-Linie in Fig. 5 dargestellt ist. Die Summe (W_n !- Wa)μ kann als Haftzugkraft während der Beschleunigung ausgenutzt werden. Die gleichzeitig erzeugte Bremskraft F_n hat jedoch entgegengesetztes

Vorzeichen zur Kraft (W_n + Wa)μ. Daher kann tatsächlich (W₀ + Wa)/i - F_n als Haftzugkraft verwendet werden. Deshalb zeigt die Vorrichtung von Fig. 4a und 4b ihre größte Wirkung im Bereich, in dem (W₀-I- Wa) ■/ι - F_n größer als W₀ u ist, d.h. in einem Geschwindigkeitsbereich, in dem die Geschwindigkeit unter V₁ bleibt.

Fig. 6b zeigt Zug- und Bremskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für die in Fig. 4a und 4b gezeigte Vorrichtung. In diesem Fall wird jedoch angenommen, daß der Haftkoeffizient μ sich entsprechend F i g. 6 a ändert.

Aus Fig. 6b ist ersichtlich, daß die Haftkraft F(— Wμ) mit dem Erregerstrom zunimmt, aber die gleichzeitig erzeugte Bremskraft B ebenfalls ansteigt, so daß die Geschwindgkeit, bei der ihre Beträge gleich sind, allmählich verringert wird. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Achskraft, die im Zeitpunkt des Anfahrens vorhanden ist, mit dem Erregerstrom zunimmt. Wenn also der Ankerstrom des Antriebsmotors verwendet wird, um die Erregerspule wie oben beschrieben zu erregen, werden die Geschwindigkeiten, bei denen Brems- und Haftkraft gleich werden, erhöht, da der Ankerstrom mit zunehmender Geschwindigkeit nach dem Anfahren abnimmt. Daraus ergibt sich, daß der verfügbare Gescliwindigkeitsbereich der Vorrichtung mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht werden kann.

Aus den in Fig. 3 abgebildeten Meßwerten ist ferner ersichtlich, daß die oben beschriebene Vorrichtung als Bremse verwendet werden kann. Das

ίο heißt, die Zahl der Pole kann erhöht werden, um sicher die Bremskraft auszunutzen. Diese ist bei höheren Geschwindigkeiten größer.

Die Bremskraft in einem Hochgeschwindigkeitsbereich von etwa 100 km/h ist ziemlich groß, wenn

die elektromagnetische Einrichtung 32 zwölf Pole aufweist. Daher ist eine Umschaltsteuerung vorgesehen, um die Zahl der Pole der elektromagnetischen Einrichtung 32 in der Vorrichtung umzuschalten, so daß die Vorrichtung während des Anfahrens zur Erhöhung der Achslast mit kleiner Polzahl und während des Bremsens mit großer Polzahl als Bremse verwendet werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung Patentansprüche: der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei bestimmten Fahrverhaltnissen die Anzie-

1. Vorrichtung zum Erhöhen der Achslast von hungskraft zwischen dem Fahrwerk und dem Weis Schienentriebwagen od. dgl., die aus einer mehr- b gegenüber der vom Elektromagneten erzeugten poligen, im Gleis oder am Fahrwerk angeordne- Bremskraft und bei anderen bestimm ten Fahrverten und aus mehreren Magnetspulen bestehenden hältnissen die Wirbelstrome und damit die Bremselektromagnetischen Einrichtung zur Erzeugung kraft gegenüber der Anziehungskraft erhöht wird, eines Induktionsflusses und aus einem dieser Ein- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden richtung unter Zwischenschaltung eines geringen io Merkmale des Hauptanspruches gelost. Luftspaltes gegenüberliegend am Fahrwerk oder Der Erfindung hegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Gleis angeordneten magnetischem Werkstoff bei einer höheren Pol-Anzahl die erzeugte Bremsbesteht, um zwischen dem Fahrwerk und dem kraft mit größer werdender Geschwindigkeit starker Gleis eine Anziehungskraft und eine Bremskraft ansteigt und daß sie bei gleicher Erregerstromstärke zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, 15 und geringer Polzahl auch bei höheren Geschwindigdaß eine Umschaltsteuerung zum Erregen der keiten vergleichsweise gering ist. Zur praktischen größtmöglichen Zahl von Magnetpolen beim Ausnutzung dieser Erkenntnis wird zum Erhalt einer Bremsen und zum Erregen der kleinstmöglichen hohen Zugkraft, z. B. beim Anfahren des Trieb-Zahl von Magnetpolen beim Ausnutzen der An- wagens, nur eine geringe Zahl der Magnetpole erregt, Ziehungskraft vorgesehen ist, wobei jeweils alle 10 um die bei diesem Fahrbetrieb zwangläufig mit auf-Magnetspulen wirksam sind. tretenden Wirbelstrom-Bremswirkungen möglichst

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- klein zu halten. Soll dagegen der fahrende Triebkennzeichnet, daß die elektromagnetische Ein- wagen oder Zug abgebremst bzw. zum Stillstand gerichtung (32) am Fahrwerk (22) angeordnet ist bracht werden, gelangt mit Hilfe der Umschalt- und ihre Magnetpole durch einen Strom erregt 25 steuerung eine möglichst große Anzahl an Magnetwerden, der proportional zur Zugkraft ist. polen zur Wirkung, um hohe Bremskräfte zu erzeugen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung,

durch die die Anziehungskraft beim Anfahren des

30 Triebwagens weiter erhöht wird, ist im Unteranspruch gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung an Hand der