DE3108184A1

DE3108184A1 - "schienenbremsmagnet"

Info

Publication number: DE3108184A1
Application number: DE19813108184
Authority: DE
Inventors: Uwe 8000 München Kröger; Eckart Dipl.-Ing. 8035 Gauting Saumweber; Günter 5800 Hagen Tolksdorf
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1982-09-16
Also published as: IT1156249B; FR2501139B1; IT8247899A0; DE3108184C2; FR2501139A1

Description

Knorr-Bremse GmbH München, den 3.03.1981

Moosacher Str. 80 TP-fe

8000 München 40 - 1649 -

Schienenbremsmagnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schienenbremsmagnet für Magnetschienenbremsen von Schienenfahrzeugen, mit im wesentlichen bügeiförmigen, in Schienenlängsrichtung in einem bestimmten Teilungsmaß angeordneten, beschränkt eigenbeweglichen Polschuhen, die mit ihren

Stegteilen eine rechteckige oder ovale, parallel zur Schienenlängsrichtung verlaufende öffnung eines die Erregerspule aufnehmenden Spulenkasten durchgreifen und deren Schenkel die untere Hälfte des Spulenkastens beidseitig übergreifen und unterhalb des Spulenkastens in

Schienenlängsrichtung unter Bildung einer Wechselpolfolge zueinander verschränkt sind, wobei jeder Schenkel mit einer sich zumindest annähernd über die ganze Schienenkopfbreite erstreckenden Aufstandsfläche endet, und mit zwischen den Polschuhen befindlichen

^w Trennwänden.

Bei einem bekannten, derartigen Schienenbremsmagneten nach dem DE-GM 1 864 750 verjüngen sich die Schenkel der Polschuhe unterhalb des Spulenkastens in ihrem

Verschränkungsbereich auf etwa die Hälfte des Kernquerschnittes, den sie in Höhe des Spulenkasten aufweisen; diese Verjüngung ergibt einen beachtlichen, magnetischen Widerstand, wodurch das vom Schienenbremsmagneten erzeugbare Magnetfeld geschwächt wird.

Bei diesem bekannten Schienenbremsmagneten stehen die Polschuhe mit annähernd rechteckigen Aufstandsflächen auf der Schienenoberfläche auf, wobei die aufeinanderfolgenden Aufstandsflächen jeweils unterschiedliche Polarität aufweisen. Auch die einander benachbarten Aufstandsflächen zweier benachbarter, völlig gleichartig ausgebildeter Polschuhe des bekannten Schienenbremsmagneten weisen unterschiedliche Polarität auf. Der bekannte Schienenbremsmagnet weist somit für jeden Magnetpol nur eine relativ kleine Aufstandsfläche auf und besitzt eine kleine Polteilung, bei einem üblichen Teilungsmaß der Polschuhe von etwa 100 mm ebenfalls eine Polteilung von 100' mm, wodurch sich während der Abbremsung eines fahrenden Fahrzeuges mittels dieses Schienenbremsmagneten an einer Stelle des Schienenkopfes ein sehr rascher Wechsel des Magnetfeldes ergibt, so daß sich das Magnetfeld gar nicht mehr richtig ausbilden und aufbauen kann. Hierdurch wird die Wirbelstrom-Ausbildung im Schienenkopf und damit die durch

™ diese Wirbelströme bedingte Bremswirkung auf den Schienenbremsmagneten behindert. Die nur mangelhaft mögliche Ausbildung des Magnetfeldes bewirkt auch eine Minderung der Anzugskraft des Schienenbremsmagneten, wodurch er eine nur geringe Anzugskraft auf die Schiene ausübt. Beide Effekte mindern die Bremswirkung des Schienenbremsmagneten in beachtlichem Maß.

Mit der DE-OS 2 221 051 und 1 960 946 sind ebenfalls bereits Schienenbremsmagnete der eingangs genannten Art

bekannt geworden, welche völlig gleichartig ausgebildete, einander benachbart angeordnete Polschuhe und eine deren geringem Teilungsmaß entsprechende, kleine Polteilung aufweisen. Die kleine Polteilung behindert auch

hier wie vorstehend beschrieben durch rasche Magnetfeld-35

umpolung die Ausbildung des Magnetfeldes. Die Polschuhe

dieser Schienenbremsmagnete enden mit etwa dreieckförmigen Aufstandsflächen an den Polschuh-Schenkeln, wobei die Dreiecksspitze zum jeweils gegenüberliegenden Schenkel wei^t. Die dreieckigen Aufstandsflächen ermöglichen, bei geringer Bauhöhe des Schienenbremsmagneten_v eine Wechselpolfolge zu erzielen, wobei die Schenkel der Polschuhe einen gegenüber der Ausführung nach dem erwähnten DE-GM wesentlich kleineren Wechsel der Kernquerschnittsfläche und damit einen verringerten, magnetischen Widerstand aufweisen.

Aus der DE-PS 95 843 ist ein Schienenbremsmagnet abweichender Bauart bekannt, welcher eine Reihe von gleichachsig angeordneten Magnetspulen aufweist, wobei deren ■ gemeinsame Achse parallel zur Schienenlängsrichtung verläuft. Jede Magnetspule weist an ihren Enden je einen Polschuh auf. Die einander benachbarten Magnetspulen besitzen jeweils entgegensetzten Wicklungssinn, so daß sie auch bei Erregung entgegengesetzte Polarität aufweisen, also jeweils zwei gleichnamige Pole zweier benachbarter Magnetspulen unmittelbar nebeneinander zu liegen kommen. Dieser Schienenbremsmagnet ist als reiner Wirbelstrombremsmagnet ausgebildet, weist also keine Aufstandsfläche auf, welche auf einer Schienenoberfläche zu liegen kommen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schienenbremsmagnet der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln derart auszugestalten, daß während Abbremsungen eines fahrenden Fahrzeuges ein starkes Magnetfeld ausbildbar ist, der Schienenbremsmagnet eine große Bremswirkung erzeugt und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, in seiner Bauhöhe jedoch gering bleibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,

daß bei einem Schienenbremsmagneten mit den eingangs

genannten Merkmalen die einander benachbarten Aufstandsflächen zweier benachbarter Polschuhe gleiche Polarität aufweisen. Hierdurch ergibt sich, daß die benachbarten Aufstandsflächen der beiden Polschuhe jeweils einen Magnetpol bilden, dieser Magnetpol somit eine große Fläche aufweist und bei sich relativ zur Schiene bewegendem Schienenbremsmagnet sich an den einzelnenStel len der Schiene zeitlich eine ausreichend lange bestehen bleibende Polung ergibt, wodurch sich das Magnetfeld voll und kräftig ausbilden kann. Durch das infolge der großen Polteilung voll ausbildbare Magnetfeld sind insbesondere hohe Wirbelstrom-Bremseffekte erreichbar, so daß bei im Vergleich zu bisherigen Schienenbremsmagneten gleicher Bremswirkung eine geringere Anpressung an die Schiene und damit eine Verringerung des Verschleißes möglich ist. Trotz der großen Polteilung bleibt jedoch die gute Beweglichkeit der Polschuhe und damit die Anpassfähigkeit der Aufstandsflächen an die Schienenoberfläche erhalten.

Nach der weiteren Erfindung ist eine zweckmäßige Ausgestaltung des Schienenbremsmagneten dadurch erreichbar, daß zwei benachbarte Polschuhe zueinander spiegelbildlich ausgebildet sind, wobei sich die Spiegelebene

^za in der Ebene der zwischen ihnen befindlichen Trennwand befindet.

Zum Erzielen großer Aufstandsflächen bei guter Führung des Magnetflußes kann es nach der weiteren Erfindung

zweckmäßig sein, den Schienenbremsmagnet derart auszubilden, daß die Aufstandsflächen etwa trapezartige Gestalt aufweisen. Die großen, hierdurch erreichbaren Aufstandsflächen begünstigen die volle Ausbildung der Magnetfelder. Dabei ist es des weiteren zweckmäßig, wenn

die Schenkel der Polschuhe vom Stegteil bis zu den

Ί standsflachen einen zumindest annähernd konstanten Kernquerschnitt und damit einen dementsprechend niedrigen, magnetischen Widerstand aufweisen. Die trapezförmigen Aufstandsflächen ermöglichen dies bei niedriger Bauhöhe.

Es ist * gemäß der Erfindung zweckmäßig, den Schienenbremsmagnet derart auszubilden, daß das Teilungsmaß der Polschuhe die Hälfte des Teilungsmaßes der Wechselpolfolge an den Aufstandsflächen beträgt. Bei einem Schienenbremsmagneten mit dem üblichen Teilungsmaß von ca. 100 mm für die Polschuhe ist es demnach zweckmäßig, wenn das Teilungsmaß der Wechselpolfolge ca. 200 mm ist.

Abweichend hiervon ist unter Inkaufnahme einer geringen Minderung der Anpassmöglichkeit der Aufstandsflächen an

^ die Schienenoberfläche der Schienenbremsmagnet nach der weiteren Erfindung auch derart ausbildbar, daß ein Schenkel des Polschuhes zwei nahe der in Schienenlängsrichtung liegenden Enden befindliche Aufstandsflächen aufweist, zwischen welchen sich eine Aufstandsfläche des

™ anderen Schenkels befindet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn jede der endseitigen Aufstandsflächen des einen Polschuhes etwa die Hälfte der Fläche der mittleren Aufstandsfläche des anderen Polschuhes aufweist. Das Teilungsmaß der Polschuhe kann hierbei zweckmäßig 200 mm betragen. Durch

Halbierung der Anzahl der für einen Schienenbremsmagneten erforderlichen Polschuhe ergibt sich trotz Verdoppelung der Länge der einzelnen Polschuhe hierbei eine nennenswerte Verbilligung des Schienenbremsmagneten.

Zur Aufnahme der die Anziehung des Schienenbremsmagneten an die Schiene überlagernden Anpresskraft des Schienenbremsmagneten an die Schiene, welche von den Absenkorganen des Schienenbremsmagneten herrührt, kann es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig sein, wenn die

If

entsprechend den vorstehenden Ausgestaltungsmöglichkeiten ausgebildeten und somit ebenfalls mit Wirbelstrom-Effekt wirkenden End-Polschuhe an den Schienenbremsmagnet-Enden größere Aufstandsflächen als die zwischen diesen befindlichen Polschuhe aufweisen.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele von nach der Erfindung ausgebildeten Schienenbremsmagneten, und zwar

zeigt
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Figur 1 einen Schienenbremsmagneten in perspektivischer Ansicht, wobei zur Verdeutlichung nur zwei mittlere Polschuhe gezeigt sind,

Figur 2 eine Unteransicht, also die Aufstandsflächen des Schienenbremsmagneten in vergrößertem Maßstab und

Figur 3 eine der Fig. 2 entsprechende Unteransicht eines Schienenbremsmagneten mit einer zweiten Polschuh-Ausführung.

Gemäß Fig. 1 sind in die oval ausgebildete Öffnung 1 eines der Aufnahme der Erregerspule dienenden Spulenkastens in gleichmäßigem Abstand voneinander Trennwände 5 eingesetzt. In die Zwischenräume zwischen je zweien dieser

Trennwände 5 sind mit allseitigem Spiel bügeiförmige Polschuhe 7 eingesetzt, in Fig. 1 sind lediglich zwei dieser Polschuhe eingezeichnet. Die Polschuhe 7 durchgreifen mit ihren Stegteilen die Öffnung 1 und übergreifen mit ihren Schenkeln 9 die untere Hälfte des

Spulenkastens 1 auf beiden Seiten.

Die Schenkel 9 eines jeden Polschuhes 7 sind unterhalb des Spulenkastens 1 in Schienenlängsrichtung zueinander verschränkt ausgebildet und enden mit Aufstandsflächen 11, mit welchen ;ie auf die Oberfläche 13 einer Schiene 15 aufsetzbar sind. Die bei Erregung des Schienenbremsmagneten unterschiedliche Polarität aufweisenden Aufstandsflächen 11 eines jeden Polschuhes 7 liegen somit in Schienenlängsrichtung hintereinander, wobei sich zwischen ihnen ein geringer Abstand 17 befindet; sie erstrecken sich über die ganze Breite der Schienenoberfläche 13. Insoweit entspricht der Schienenbremsmagnet beispielsweise dem vorstehend bereits erwähnten DE-GM 1 864 750.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind zwei benachbart angeordnete Polschuhe 7 zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wobei sich die Spiegelebene in der Ebene der Trennwand 5 zwischen den beiden Polschuhen 7 befindet. Hieraus ergibt sich, daß die einander benachbarten Aufstandsflächen 11 der beiden Polschuhe 7 den auf der gleichen Seite des Spulenkastens 3 befindlichen Schenkeln der beiden Polschuhe 7 zugeordnet sind und somit bei Erregung des Schienenbremsmagneten auch gleiche Polarität aufweisen, während die beiden anderen, zueinander entfernt liegenden Aufstandsflächen 11 der beiden Polschuhe " 7 entgegengesetzte, zueinander jedoch gleiche Polarität besitzen. Es ergibt sich somit, daß der Schienenbremsmagnet in Längsrichtung der Schiene 15 eine Wechselpolfolge an den Aufstandsflächen 11 aufweist, deren Teilungsmaß A, wie nachfolgend anhand Fig. 2 näher erläutert,

doppelt so groß wie das Teilungsmaß B für die Anordnung

der Polschuhe ist. Bei einem üblichen Teilungsmaß B von etwa 100 mm für die Anordnung der Polschuhe 7 beträgt also das Teilungsmaß A für die Wechselpolfolge der Aufstandsf lachen 11 etwa 200 mm.
35

J»

Aus Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Schenkel 9 der Polschuhe 7 vom die öffnung 1 des Spulenkastens 3 durchgreifenden Stegteil bis zu den Aufstandsflächen 11 einen annähernd konstanten Kernquerschnitt aufweisen, wodurch der magnetische Widerstand der Schenkel 9 über deren ganze Länge gleichmäßig niedrig gehalten wird und sich bei Erregung des Schienenbremsmagneten ein kräftiges Magnetfeld ausbilden kann.

Aus der die Aufstandsflächen 11 des Schienenbremsmagneten zeigenden Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Aufstandsflächen 11 etwa trapezartige Gestalt aufweisen, wobei sie mit einer Breite von etwa 2/3 der in Schienenlängsrichtung gemessenen Länge der Polschuhe 7 an deren Schenkeln ansetzen, sich am Polschuhende geradlinig und senkrecht zur Schienenlängsrichtung zum gegenüberliegenden Schenkel 9 hin erstrecken und andererseits eine zur Schienenlängsrichtung schräg verlaufende Begrenzungskante 19 aufweisen, derart, daß sie sich in in Richtung zum

™ anderen Schenkel 9 hin verjüngen.

Die sich beispielsweise bei Erregung des Schienenbremsmagneten ergebenden Polaritäten der Aufstandsflächen 11 sind Fig. 2 durch Angabe der Süd- bzw. Nordpole S bzw. N ■" angegeben. Aus Fig. 2 sind auch die Teilungsmaße A und B ersichtlich: Es ist wesentlich, daß das Teilungsmaß A für die Wechselpolfolge doppelt so groß ist wie das Teilungsmaß B für die Anordnung der Polschuhe 7. Während die Aufstandsflächen 11 infolge der Eigenbeweglichkeit

der Polschuhe 7 und deren geringen Tei1ungsmaßesB sich während Bremsungen gut an die jeweilige Lage der Oberfläche 13 der Schiene 15 anpassen können, wodurch stets ein sattes Aufliegen des ganzen Schienenbremsmagneten

auf der Schienenoberfläche 13 gewährleistet wird, bewirkt 35

das große Teilungsmaß A, daß während Bremsungen bei sich relativ zur Schiene 15 bewegendem Schienenbremsmagneten sich an jeder Stelle der Schiene Ib für eine ausreichend lange Zeit ein gleichgerichtetes Magnetfeld befindet, die Polung also zeitlich/ausreichend lange bestehen bleibt, daß sich das Magnetfeld des Schienenbremsmagneten voll aufbauen und in der Schiene 15 die Wirbelströme voll ausbilden können. Hierdurch wird ein hoher Wirbelstrom-Bremseffekt für den Schienenbremsmagneten erreicht, so daß seine Anpressung an die Schiene und damit sein Verschleiß entsprechend vermindert werden kann.

Aus Fig. 2 ist weiterhin ersichtlich, daß die für Schienenbremsmagnete üblichen, beispielsweise aus Fig. 3 der erwähnten DE-OS 2 221 051 ersichtlichen End-Polschuhe 21 ebenfalls in Schienenlängsrichtung zueinander versetzt angeordnete Aufstandsflächen II¹ aufweisen und somit einen Wirbelstrom-Bremseffekt bewirken. Die Aufstandsflächen II¹ der End-Polschuhe 21 sind größer als die Aufstandsflächen 11 der übrigen Polschuhe 7, sie können daher ohne verstärkte Flächenpressung oder verstärkten Verschleiß die durch die nicht dargestellten, üblichen Absenkorgane für den Schienenbremsmagneten bewirkte Anpressung des Schienenbremsmagneten an die Schienenoberfläche 13 aufnehmen.

Abweichend zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Schienenbremsmagneten kann unter Inkaufnahme einer geringfügigen Minderung der Anpassfähigkeit der Aufstands ^ou flächen 11 an die jeweilige Lage der Schienenoberfläche 13 der Schienenbremsmagnet gemäß Fig. 3 in seinen Herstellungskosten dadurch wesentlich verbilligt werden, daß jeweils zwei einander benachbarte Polschuhe 7 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu

einem Polschuh zusammengefaßt werden. Der so umgestaltete

- 10 - .

\ Schienenbremsmagnet weist also im Vergleich zu vorstehend beschriebenem Ausführungsbeispiel nur die halbe Anzahl von Polschuhen und Trennwänden auf. Die Polschuhe des so umgestalteten Schienenbremsmagneten sind zudem völlig gleichartig ausgebildet.

Gemäß Fig. 3 weist jeder Polschuh 7¹ des Schienenbremsmagneten zwei Schenkel 9¹ auf, deren einer nahe seiner in Schienenlängsrichtung liegenden Enden je eine Auf-Standsfläche 23 besitzt, deren Gestalt und Größe etwa den Aufstandsflächen 11 des vorstehend beschriebenen Ausflihrungsbei spieles entsprechen. Der gegenüberliegende Schenkel 9¹ des Polschuhes 7' weist mittig eine trapezförmige Aufstandsfläche 25 auf, welche mit dem Abstand 17 zwischen die beiden Aufstandsflächen 23 eingreift und etwa doppelte Größe wie jede dieser Aufstandsflächen 23 besitzt. Zwischen den gleichartig ausgebildeten Polschuhen 7¹ befinden sich wiederum Trennwände 5. Die sich bei Erregung des Schienenbremsmagneten ergebende Polung der Aufstandsflächen 23 und 25 ist in Fig. 3 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß beim Schienenbremsmagneten nach Fig. 3 das Teilungsmaß für die Anordnung der Polschuhe 7¹ und das Teilungsmaß für die Wechselpolfolge gleich sind, in Fig. 3 ist dieses gemeinsame Teilungsmaß C eingezeichnet. Die Größe des Teilungsmaßes C beträgt vorzugsweise etwa 200 mm.

Der Schienenbremsmagnet kann in seinen übrigen, vorstehend nicht näher erläuterten Teilen in üblicher Weise ausgebildet sein, insbesondere können die Abstände durch unmagnetisches Material ausgefüllt sein.

Bezugszeichenliste

öffnung A Teilungsmaß f. Wechselpolfolge

3 Spulenkasten B Teilungsmaß f. Polschuhe

Trennwand C Teilungsmaß f. Polschuhe

Polschuh S Südpol

Schenkel N Nordpol

11 Aufstandsfläche II¹

13 Oberfläche 15 Schiene 17 Abstand 19 Begrenzungskante 21 End-Polschuhe 23 Aufstandsfläche 25 Aufstandsfläche

Leerseite

Claims

Knorr-Bremse GmbH München, den 3.03.1981

Moosacher Str. 80 TP-fe

8000 München 40 - 1649 -

Patentansprüche

"IO 1· Schienenbremsmagnet für Magnetschienenbremsen von Schienenfahrzeugen, mit im wesentlichen bügeiförmigen, in Schienenlängsrichtung in einem bestimmten Teilungsmaß (B) angeordneten, beschränkt eigenbeweglichen Polschuhen (7), die mit ihren Stegteilen eine rechteckige oder ovale, parallel zur Schienenlängsrichtung verlaufende öffnung (1) eines die Erregerspule aufnehmenden Spulenkastens (3) durchgreifen und deren Schenkel (9) die untere Hälfte des Spulenkastens (3) beidseitig übergreifen und unterhalb des Spulenkastens (3) in Schienenlängsrichtung unter Bildung einer Wechselpolfolge zueinander verschränkt sind, wobei jeder Schenkel (9) mit einer sich zumindest annähernd über die ganze Schienenkopfbreite erstreckenden Aufstandsfläche (11) endet, und mit zwischen den Polschuhen (7) befindlichen, Trennwänden (5), dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Aufstandsflächen (11) zweier benachbarter Polschuhe (7) gleiche Polarität aufweisen.
2. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Polschuhe (7) zueinander spiegelbildlich ausgebildet sind, wobei sich die Spiegelebene in der Ebene der sich zwischen ihnen befindlichen Trennwand (5) befindet.
3. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstandsflächen (11) etwa trapezartige Gestalt aufweisen.
4. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (9) der Polschuhe (7) vom Stegteil bis zu den Aufstandsflachen (11) einen zumindest annähernd konstanten Kernquerschnitt aufweisen. 5
5. Schienenbremsmagneten nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (B) der Polschuhe (7) die Hälfte des Teilungsmaßes (A) der Wechselpolfolge an den Aufstandsflächen

(11) beträgt.
6. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 5, wobei die Polschuhe in einem Teilungsmaß von ca. 100 mm angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (A) der Wechselpolfolge ca. 200 mm beträgt.

der
7. Schienenbremsmagnet nach einem oder mehreren/Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (9¹) des Polschuhes (7') zwei nahe der in Schienenlängsrichtung liegenden Enden befindlichen Aufstandsflächen (23) aufweist, zwischen welchen sich eine Aufstandsfläche (25) des anderen Schenkels (9¹) befindet.
8. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der endseitigen Aufstandsflächen (23) des einen Polschuhes (9¹) etwa die Hälfte der Fläche der mittleren Aufstandsfläche (25) des anderen Polschuhes (9¹) aufweist.
™ 9. Schienenbremsmagnet nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (C) der Polschuhe (7') ca. 200 mm beträgt.
10. Schienenbremsmagnet nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an^Enden befindlichen End-Polschuhe (21) größere Aufstandsflächen (II¹) als die zwischen diesen befindlichen Polschuhe (7) aufweisen.