DE2931539C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare, dauermagnetische Bremse für
Schienenfahrzeuge mit in Längsrichtung der Schiene angeordneten Polstücken
wechselnder Polarität, an denen feststehende und drehbare Dauermagnete anliegen.
Durch die DE-OS 26 38 133 ist eine stufenlos regelbare, dauermagnetische
Wirbelstrom- und/oder Hysteresebremse für Schienenfahrzeuge bekannt, bei der
in Längsrichtung der Schiene Polstücke mit wechselnder Polarität angeordnet
sind, die gegenüberliegende, segmentförmige Aussparungen besitzen.
An den nicht ausgesparten Seitenflächen der Polstücke liegen feststehende
Dauermagnete mit ihrem einen Pol und mit dem anderen Pol an den in
Längsrichtung der Schiene verlaufenden seitlichen Rückschlußplatten an.
Die drehbaren, walzenförmigen Dauermagnete sind quer zu ihren Drehachsen
magnetisiert, wobei die Drehachsen senkrecht zur Schienenlauffläche liegen.
Die drehbaren Dauermagnete sind jeweils zwischen den segmentförmig aus
gesparten Polstücken angeordnet.
Die Ein- und Ausschaltung bzw. Regelung des magnetischen Flusses bzw.
der Bremskraft erfolgt durch Verdrehung der walzenförmigen Dauermagnete
bis um 180°.
Obwohl bei einer derart aufgebauten Bremse ein relativ großes Volumen an
Dauermagnetmaterial zwischen den Polplatten und den Polstücken unter
gebracht werden kann, wird die für eine optimale Bremskraft erforderliche
Induktion an den Polflächen der Polstücke nicht erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese bekannte Bremse derart zu verbessern,
daß das eingebrachte Magnetmaterial unter Vermeidung von Streuverlusten
voll ausgenutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Bremse der eingangs
genannten Art durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentan
spruches gelöst.
Durch diese Ausbildung wird der Vorteil erreicht, daß sämtliche aus den
Polflächen der drehbaren Magnete austretenden Kraftlinien von den Pol
schuhen gesammelt und aufgrund ihrer segmentförmigen Ausbildung unmittel
bar in die ausgesparten Flächen der Polstücke unter Vermeidung eines zu
Verlusten führenden Streuflusses geleitet werden.
Darüber hinaus tragen die festehenden Dauermagnete, die an den nicht
ausgesparten Flächen der Polstücke anliegen, durch Summierung der Kraft
linien im eingeschalteten Zustand zur Erzielung einer optimalen Induktion
an den Polflächen der Bremskörper bei.
Die Streuverluste werden insbesondere dadurch vermieden, daß die wirk
samen Poleisen, die einen geschlossenen viereckigen Querschnitt aufweisen,
allseitig von Dauermagnetmaterial mit jeweils gleicher Polarität
umgeben sind.
Wie aus Messungen hervorgeht, gelingt es, mit der erfindungsgemäßen Aus
führung bei einem Luftspalt von 1 mm eine Induktion von ca. 18 000 G bei einem
anisotropen Dauermagnetwerkstoff der Ferrite mit einem Metalloxyd des
Bariums, Strontiums oder Bleis zu erreichen. Bei Verwendung von kohlenstoff
armen ferromagnetischen Werkstoffen wird die Kraftliniendichte noch
vergrößert. Demgegenüber erhielt man bisher bei bekannten permanent-magnetischen
Bremsen nur eine Induktion von ca. 12 000 G im geschlossenen magnetischen Kreis.
Durch Verdrehung der walzenförmigen Dauermagnetsysteme um 90° zum Zwecke der
Ausschaltung werden die aus den Polen der feststehenden Dauermagnete und der
drehbaren Dauermagnetsysteme austretenden Kraftlinien über die Polschuhe, die
mit den benachbarten Polstücken in Verbindung stehen, kurzgeschlossen. Man kann
selbstverständlich auch eine Ausschaltung durch Verdrehung der walzenförmigen
Dauermagnetsysteme um 180° erreichen. In diesem Falle erfolgt eine Kompensierung
der Felder durch Gegenschaltung.
Um bei der Verdrehung eine vollständige Ausschaltung zu gewährleisten, soll
das Volumen an Magnetmaterial jedes verdrehbaren Magnetsystems bis zu 20%
größer bemessen sein, als das der jeweils an einem Polstück anliegenden fest
stehenden Dauermagnete.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremse kann sowohl als reine Wirbelstrom-
und/oder Hysteresisbremse oder als Reibungsbremse Verwendung finden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen horizontalen Teilschnitt durch die Bremse in Draufsicht,
Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 1
in abgebrochener Darstellung,
Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Bremse an ihren Polflächen
mit Brems- oder Verschleißkörpern versehen, so daß sie als Reibungsbremse
wirkt.
Die Reibungsbremse gemäß Fig. 1 besteht aus den in Längsrichtung der Schiene 1
in Abstand zueinander angeordneten Polstücken 2 aus Weicheisen. Die in
Längsrichtung der Bremse gegenüberliegenden Flächen der Polstücke weisen
segmentförmige Aussparungen 3 auf. In diese Aussparungen ragen die ver
drehbaren Dauermagnetsysteme 4 mit Gleitsitz hinein.
Die verdrehbaren Dauermagnetsysteme 4 bestehen aus je einem Dauermagneten 5,
der quer zur Drehachse, die senkrecht zur Schienenachse verläuft,
magnetisiert ist. Die Pole der Dauermagnete 5 sind in der Zeichnung mit
N und S gekennzeichnet. Auf den Polflächen 6, 7 der Magnete 5 sind segment
förmige Eisenpolschuhe 8 angebracht, die in segmentförmige Aussparungen 3
der Polstücke 2 hineinragen. Hierbei sind die segmentförmigen Aussparungen 3
dem Querschnitt der segmentförmigen Polschuhe genau angepaßt, so daß sich im
eingeschalteten Zustand ein geschlossener rechteckiger Eisenquerschnitt
ergibt.
Außerdem sind innerhalb der Bremse feststehende Dauermagnete 9 angeordnet,
die quer zur Längsrichtung der Schiene magnetisiert sind und mit dem einen Pol
an den nicht ausgesparten Flächen 11 der Polstücke 2 und dem Gegenpol an den
Innenseiten der in Längsrichtung der Schiene verlaufenden Rückschlußplatten 10
anliegen. Wie in der Zeichnung durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet,
liegen die Polflächen der feststehenden Magnete 9 in Fahrtrichtung bzw. Längs
richtung der Schiene mit abwechselnder Polarität an den nicht ausgesparten
Flächen der Polstücke 2 an, so daß die Polstücke abwechselnd mit einem Nord-
und einem Südpol vormagnetisiert werden.
In der linken Hälfte der Fig. 1 ist die Bremse im eingeschalteten Zustand darge
stellt. Bei dieser Darstellung greifen die segmentförmigen Eisenpolschuhe 8, die
einen Nordpol aufweisen, in die segmentförmigen Aussparungen der mit einem Nord
pol vormagnetisierten Polstücke 2 und die gegenüberliegenden segmentförmigen
Polschuhe, die einen Südpol aufweisen, jeweils in die mit einem Südpol vor
magnetisierten Polstücke ein. Die jeweiligen Polaritäten der segmentförmigen
Polschuhe und der Polstücke sind durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet.
In dieser Stellung erfolgt somit durch die drehbaren Dauermagnetsysteme eine
zusätzliche Erhöhung der Induktion in den Polstücken 5. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich ist, sind die wirksamen Poleisen (Polstücke 2 und segmentförmigen
Eisenpolschuhe 8) allseitig von Dauermagneten umgeben, so daß Streuverluste weit
gehendst vermieden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die gesamte
ferromagnetische Polfläche eines Poles 24 cm2 und die Induktion bei einem
Luftspalt von 1 mm ca. 18 000 G.
Soll eine Ausschaltung der Bremse erfolgen, so werden die verdrehbaren
Dauermagnetsysteme 4, deren Drehachsen senkrecht zur Schienenlauffläche
stehen, um 90° verdreht. Diese Schaltstellung ist in der rechten Hälfte der
Fig. 1 gezeigt. In dieser Stellung überbrücken die segmentförmigen Polschuhe 8
die jeweils benachbarten Polstücke 2 unterschiedlicher Polarität, so daß sich
die aus den Nord- und Südpolen der feststehenden und drehbaren Dauermagnete
austretenden Kraftlinien über die segmentförmigen Polschuhe kurzschließen.
Der Aufbau der Bremse ist anschaulich aus Fig. 2 erkennbar. In der in Längs
richtung vertikal nach der Linie I-I der Fig. 1 geschnittenen Darstellung
befindet sich die Bremse im eingeschalteten Zustand, d. h. die segmentförmigen
Polschuhe 8 ragen in die segmentförmigen Aussparungen 3 der Polstücke 2 hinein.
Die an den Polflächen 6, 7 der verdrehbaren Dauermagnete anliegenden segment
förmigen Eisenpolschuhe 8 sind mittels Befestigungsplatten 12, 13 aus nicht
magnetischem Material z. B. durch Schrauben verbunden. Die Polschuhe können
auch mit den Magneten verklebt sein. Die Befestigungsplatte 12 der verdreh
baren Dauermagnetsysteme 4 ist mit einem Zapfen 14 und einem Lagerbolzen 15
versehen. Auf dem Zapfen 14 ist ein Zahnrad 16 befestigt, in das gegen
läufige Zahnstangen 17, 18 zum Zwecke der Verdrehung der Magnetsysteme 4 ein
greifen. Die in Längsrichtung der Bremse verlaufenden Zahnstangen 17, 18 sind
besser aus Fig. 3 erkennbar. Die Betätigung der Zahnstangen kann beispiels
weise mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.
Die Polstücke 2 sind mit einer oberen Abdeckplatte 19 und einer unteren
Abdeckplatte 20, die sich über die gesamte Länge der Bremse erstrecken
und aus nicht magnetischem Material bestehen, mittels Haltestiften 21
verbunden. Die verdrehbaren Dauermagnetsysteme 4 sind in entsprechenden
Lagerbuchsen 22 der oberen Abdeckplatte und 23 der unteren Abdeckplatte
mittels Lagerbolzen 15 drehbar gelagert. An der unteren Polfläche der Pol
stücke 2 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Brems- oder Ver
schleißkörper 24 durch nicht dargestellte Schrauben auswechselbar befestigt.
Zum Zwecke der Bremsung werden die Bremskörper durch magnetische Anziehungs
kräfte mit ihren Polflächen 25, deren Pole durch die Buchstaben N und S
in der Zeichnung gekennzeichnet sind, auf die Schiene gepreßt. Durch die
hierbei entstehenden Reibungskräfte wird eine wirkungsvolle Abbremsung erzielt.
Selbstverständlich kann die vorstehend beschriebene Bremse auch als reine
Wirbelstrom- und Hysteresebremse Verwendung finden, indem einfach die Brems
körper weggelassen werden. In diesem Falle stehen der Schienenlauffläche
die Polflächen der Polstücke 2 gegenüber, die in Bewegungsrichtung des Fahr
zeuges Pole abwechselnder Polarität aufweisen.
Aus dem vertikalen Querschnitt der Fig. 3 ist ein Polstück 2 ersichtlich,
an dessen Seitenflächen die feststehenden Dauermagnete 9 mit ihrem einen
Pol und mit ihrem Gegenpol an der Rückschlußplatte 10 anliegen. Die obere
Abdeckplatte 19 und die untere Abdeckplatte 20 sind durch Schrauben 26, 27, 28
an den Rückschlußplatten 10 befestigt, so daß die Bremse einen vollkommen
geschlossenen Körper bildet. Aus der unteren Abdeckplatte 20 ragen die Brems
körper 24 bzw. die Polflächen der Polstücke hervor, die mit ihren Polflächen 25
der Schiene 1 gegenüberstehen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorgeschlagene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Beispielsweise können zur weiteren Streuungsverminderung auf den den Polflächen
abgewandten Flächen der Bremse weitere Dauermagnete vorgesehen sein, die eine
entsprechende Gegenmagnetisierung aufweisen.
Selbstverständlich kann eine derartige Anordnung auch als Haftmagnet
Verwendung finden.
Claims (2)
- Schaltbare, dauermagnetische Bremse für Schienenfahrzeuge mit in Längsrichtung der Schiene angeordneten Polstücken (2) wechselnder Polarität, die gegenüberliegende, segmentförmige Aussparungen (3) besitzen, wobei an den Polstücken (2) anliegen:
- - feststehende Dauermagnete (9), die mit dem einen Pol an den seitlichen gegenüberliegenden Flächen (11) der Polstücke (2) und mit den anderen Pol an in Längs richtung der Schiene verlaufenden seitlichen Rück schlußplatten (10) anliegen,
- - drehbare Dauermagnete (5) die quer zu ihren Drehachsen, die senkrecht zur Schienenlauffläche liegen, magneti siert sind
- gekennzeichnet durch
- - die drehbaren Dauermagnete (5) sind auf ihren Pol flächen (6), (7) mit segmentförmigen Eisenpolschuhen (8) versehen und bilden so ein Dauermagnetsystem (4)
- - im eingeschalteten Zustand greifen die Eisenpolschuhe (8) in die gegenüberliegenden, segmentförmigen Ausspa rungen (3) der Polstücke (2) ein, die den Querschnitt der segmentförmigen Eisenpolschuhe (8) so angepaßt sind, daß die wirksamen Poleisen (Polstücke und seg mentförmige Eisenpolschuhe) einen geschlossen viereckigen Querschnitt aufweisen und zur Vermeidung von Streuverlusten allseitig von Dauermagnetmaterial mit jeweils gleicher Polarität umgeben sind.
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