EP4419406A1 - Kontrolleinrichtung für eine magnetschienenbremse - Google Patents

Kontrolleinrichtung für eine magnetschienenbremse

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Publication number
EP4419406A1
EP4419406A1 EP22821878.0A EP22821878A EP4419406A1 EP 4419406 A1 EP4419406 A1 EP 4419406A1 EP 22821878 A EP22821878 A EP 22821878A EP 4419406 A1 EP4419406 A1 EP 4419406A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
current
measurement
magnetic field
rail
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22821878.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Reuter
Thomas BOLLWEG
Toni Schiffers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RALF SCHWARZER VERKEHRSTECHNIK GmbH
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Ralf Schwarzer Verkehrstechnik GmbH
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ralf Schwarzer Verkehrstechnik GmbH, Siemens Mobility GmbH filed Critical Ralf Schwarzer Verkehrstechnik GmbH
Publication of EP4419406A1 publication Critical patent/EP4419406A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/228—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices for railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H7/00—Brakes with braking members co-operating with the track
    • B61H7/02—Scotch-blocks, skids, or like track-engaging shoes
    • B61H7/04—Scotch-blocks, skids, or like track-engaging shoes attached to railway vehicles
    • B61H7/06—Skids
    • B61H7/08—Skids electromagnetically operated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D63/00—Brakes not otherwise provided for; Brakes combining more than one of the types of groups F16D49/00 - F16D61/00
    • F16D63/008—Brakes acting on a linearly moving member

Definitions

  • the invention relates to a control device and a method for monitoring the function of a magnetic rail brake.
  • Magnetic rail brakes are well known in the field of railway technology.
  • a magnetic track brake has at least one magnetic field generating device for generating a magnetic field.
  • the magnetic rail brake rests on a trackside rail and generates a braking effect through friction; by feeding in a current through the magnetic field generating device, a magnetic attraction force can be generated between the magnetic rail brake and the rail, as a result of which the friction and thus the braking force are increased.
  • the magnetic rail brake is raised and separated from the rail.
  • the invention is based on the object of specifying a control device for a magnetic track brake, with which at least one measurement data relating to the magnetic track brake can be formed.
  • control device comprises: an alternating source for generating an alternating current through the magnetic field generating device or at least an alternating current component in a current flowing through the magnetic field generating device and for generating an alternating magnetic field and an evaluation device for this purpose is designed, on the basis of measurement results, the AC behavior of the magnetic field generation unit describe the direction of forming at least one measurement data relating to the magnetic track brake.
  • An essential advantage of the control device according to the invention can be seen in the fact that it works on the basis of measurement results that describe the AC behavior of the magnetic field generating device.
  • the idea according to the invention is that the essential function of the magnetic track brake is based on the magnetic flux that is generated by the magnetic field generating device when current is flowing through it.
  • the magnetic flux is in turn influenced by several factors, for example the distance between the magnetic rail brake and the rail. If the magnetic rail brake is on the rail, the magnetic flux is at its maximum due to the magnetic influence of the iron of the rail, whereas the magnetic flux is comparatively small when the magnetic rail brake is raised.
  • the influence of the distance has an effect on the electrical properties, for example the inductance, of the magnetic rail brake or its magnetic field generating device, which makes it possible, for example, by evaluating the AC behavior of the magnetic field generating device to determine the position of the Magnetic rail brake to close relative to the rail.
  • other effects can also be identified by evaluating the AC behavior of the magnetic field generating device, as will be explained in detail further below, for example wear or soiling of the magnetic track brake.
  • the magnetic field generating device of the magnetic track brake preferably comprises one or more coils or is formed by one or more coils.
  • the control device preferably includes a voltage measuring device for measuring a voltage applied to the magnetic rail brake, the magnetic field generating device or the alternating source, and a current measuring device for measuring sen of the current flowing through the magnetic field generating device.
  • the evaluation device is preferably designed to form the at least one measurement information relating to the magnetic rail brake on the basis of measurement results that are supplied by the voltage measurement device and the current measurement device.
  • the evaluation device is designed such that it generates a contact signal indicating that the magnetic rail brake is in contact with the rail, depending on whether the at least one measurement data satisfies a contact condition.
  • the at least one measurement item or one of the measurement items in the case of two or more measurement items is preferably a phase shift-related measurement item and the seating condition is preferably a phase shift-related seating condition.
  • the evaluation device is preferably designed in such a way that it determines a measured phase value indicating the phase shift between a current measured by the current measuring device and a voltage measured by the voltage measuring device, with the measured phase value forming the phase-shift-related measurement information and the phase-shift-related measurement information Seating condition as fulfilled when the measured phase value reaches or exceeds a predetermined phase position threshold value.
  • the evaluation device is preferably designed in such a way that it forms an impedance indicator that indicates an impedance of the magnetic field generating device, with the amount of the impedance pointer forms the measurement information related to the absolute value of the impedance, and the seating condition related to the absolute value of the impedance is considered to be met if the amount of the impedance indicator reaches or exceeds a predetermined impedance absolute value threshold value.
  • the at least one measurement or one of the measurements in the case of two or more measurements is a pointer angle-related measurement and the seated condition is a pointer angle-related seated condition.
  • the evaluation device is preferably designed in such a way that it forms an impedance vector describing an impedance of the magnetic field generating device, with the phase angle of the impedance vector forming the measurement information related to the vector angle, and considering the seated condition related to the vector angle to be fulfilled when the phase angle of the impedance vector reaches or exceeds a predetermined angle threshold value.
  • the at least one measurement or one of the measurements in the case of two or more measurements is a quotient-related measurement and the seating condition is a quotient-related seating condition and the measurement results of the voltage measuring device and the current measuring device are effective or peak values of the current or the voltage.
  • the evaluation device is preferably designed in such a way that it forms the quotient between the rms or peak value of the voltage and the rms or peak value of the current as the quotient-related measurement information and considers the quotient-related seating condition to be fulfilled if the latter ratio meets or exceeds a predetermined resistance threshold, and/or the ratio-related measurement is the quotient between the rms or peak value of the current and the rms or peak value of the voltage and considers the ratio-related seating condition to be met if the latter quotient reaches or falls below a predetermined conductance threshold value.
  • the evaluation device is designed in such a way that it forms a measured phase value indicating the phase shift between current and voltage on the basis of measurement results supplied by the voltage measuring device and the current measuring device, and generates the signal er - indicates when the phase measurement value meets or exceeds a predetermined phase shift threshold value.
  • the evaluation device is designed in such a way that it forms an impedance vector describing an impedance of the magnetic field generating device on the basis of measurement results supplied by the voltage measuring device and the current measuring device and generates the signal , if the magnitude of the impedance vector reaches or exceeds a predetermined impedance magnitude threshold value and/or the phase angle of the impedance vector reaches or exceeds a predetermined angle threshold value.
  • the measurement results of the voltage measuring device and the current measuring device indicate effective or peak values of the current or voltage and the evaluation device is designed in such a way that it generates the signal when a the quotient between the rms or peak value of the voltage and the rms or peak value of the current reaches or exceeds a predetermined resistance threshold value, and/or a quotient between the rms or peak value of the current that forms at least one measurement and the rms or peak value of the voltage reaches or falls below a specified conductance threshold value.
  • the evaluation device includes a Fourier transformation device and is designed in such a way that it subjects the time profile of current and voltage measurement values of the voltage measurement device and the current measurement device to a Fourier transformation to form a spectrum and converts the signal into Dependence on the spectrum generated.
  • the alternating source can be or have an alternating current source or alternating voltage source, which feeds an alternating current into the magnetic field generating device.
  • the alternating source is or has a modulation device that modulates the amplitude of the current flowing through the magnetic field generating device over time, forming the alternating current component.
  • the alternating source can therefore be a passive component which itself does not supply any current or voltage, but only a current or a voltage of another component, such as a direct current source or a direct voltage source, modulated over time. lated to create an alternating magnetic flux.
  • the alternating current or alternating current component can be purely sinusoidal over time, i.e. only have a single frequency. Alternatively, it can be provided that the alternating current or alternating current component has two or more frequencies in the frequency spectrum.
  • the frequency or at least one of the frequencies of the alternating current or the alternating current component is in the frequency range between 10 and 40 Hz.
  • the evaluation device is designed in such a way that it generates a splintering signal which indicates that at the interface to the rail on the Magnetic track brake deposits are generated, depending on whether the at least one measurement specification fulfills a scalding condition.
  • the evaluation device is designed in such a way that it generates a wear signal, which indicates the state of wear of pole shoes and end members of the magnetic track brake, depending on whether the at least one measurement data satisfies a wear condition.
  • the evaluation device is designed in such a way that it generates a fault warning signal, which indicates that the function of the magnetic rail brake is faulty, if - although there is a lowering signal indicating that the magnetic rail brake should be resting on the rail - the at least a measurement indicates the fulfillment of a specified fault condition.
  • the fault condition can be regarded as fulfilled, for example, if the magnetic flux of the alternating magnetic field falls below a minimum flux value and/or there is no stall signal.
  • the evaluation device is designed in such a way that it generates a high-level signal when the at least one measurement data or one of the measurement data satisfies a high-level condition. For example, it can generate the high-level signal if the measurement data or the measurement data do not enable the generation of the contact signal or the warning signal or the AC behavior of the magnetic field generation device indicates a magnetic flux below a minimum flux threshold and/or an inductance below a minimum inductance.
  • the measurement data and signals based on them can be generated solely on the basis of stored comparative values that were measured and stored in the initial state after the magnetic rail brake was first installed or after maintenance.
  • measurement results that show the alternating current describe the behavior of the magnetic field generating device (such as the measured phase value), measured and stored in each case for the up position and the support position (down position).
  • a corresponding measurement data and a corresponding signal i.e. a contact signal or a rest signal, can be generated and be issued.
  • the invention also relates to a method for monitoring the function of a magnetic rail brake, which comprises at least one magnetic field generating device for generating a magnetic field, the magnetic rail brake being designed in such a way that it is lowered in active, trouble-free braking operation and on a trackside rests on the rail and when inactive is raised and separated from the rail.
  • a current in the form of an alternating current or at least a current with an alternating current component is fed into the magnetic field generating device to generate an alternating magnetic field and, on the basis of measurement results that describe the alternating current behavior of the magnetic field generating device, at least one relating to the magnetic track brake measurement is formed.
  • the method is preferably carried out using the control device described above.
  • the advantages and advantageous configurations of the method according to the invention reference is made to the above statements in connection with the control device according to the invention and its advantageous configurations.
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, components of a magnetic track brake that is placed on a rail of a railway track system and is controlled by a control device that is equipped with an exemplary embodiment of a control device according to the invention
  • FIG. 2 shows the control device according to FIG. 1 in more detail
  • FIG. 3 shows the time course of an alternating current applied to the magnetic rail brake according to FIG. 1 and an alternating current flowing through the magnetic rail brake according to FIG. 1 in the lowered position of the magnetic rail brake shown in FIG
  • FIG. 4 shows the time course of the alternating voltage and the alternating current in the case that the magnetic rail brake is in its upper position and is spatially separated from the rail.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a magnetic rail brake 10 of a rail vehicle, not shown in any more detail, which rests on a rail 20 of a trackside railway track system and when the rail vehicle is moving vehicle can generate a braking effect due to friction.
  • the magnetic rail brake 10 can be raised with a lifting device, not shown in FIG. 1 for reasons of clarity, or brought into an elevated position in which it is spatially separated from the rail 20; it can also be lowered onto the rail 20 with the lifting device or brought into a lower support position, as is shown schematically by way of example in FIG.
  • the magnetic track brake 10 includes, among other things, a magnetic field generating device and a magnetizable core 11, the ends of which can be formed, for example, by two pole shoes 11a and 11b.
  • the magnetic field generating device which generates a magnetic field during active operation, can have one or more coils or be formed by one or more such coils; in the exemplary embodiment according to FIG. 1, the magnetic field generating device comprises only a single coil 12 for reasons of illustration.
  • the structural and electrical configuration of the magnetic track brake 10 is to be understood here only as an example; Magnetic rail brakes 10 as such are generally known in railway technology, which is why a detailed description of the structural design of the magnetic rail brake 10 is not required to understand the present invention.
  • the magnetic rail brake 10 is in its active state, in which it rests on the rail 20 and a direct current Ig flows through it in order to generate a desired braking effect.
  • the direct current Ig flows through the coil 12 which—excited by the direct current Ig—causes a constant magnetic field and a magnetic flux Bg through the coil 12, the pole shoes 11a and 11b and the external trackside rail 20.
  • the coil 12, the pole shoes 11a and 11b and the trackside rail 20 form a closed magnetic circuit in the lowered state of the magnetic rail brake 10 according to FIG.
  • the magnetic flux Bg in the magnetic circuit leads to a magnetic attraction between the pole shoes 11a and 11b and the trackside rail 20, whereby the magnetic rail brake 10 is pressed onto the rail 20 and the friction-related braking effect of the magnetic rail brake 10 is increased.
  • the direct current Ig through the magnetic track brake 10 can thus also be referred to as the braking current of the magnetic track brake 10 .
  • a control device 30 is used in the exemplary embodiment according to FIG. an exemplary embodiment of the control device 30 according to FIG. 1 is shown in FIG. 2, to which reference is made below.
  • the activation and deactivation of the active braking operation of the magnetic rail brake 10, ie the switching on and off of the direct current Ig, can take place, for example, by a switch 31 and the switch 31 activating device 32 of a control device 30.
  • Activation device 32 can be connected to a vehicle control unit (not shown in the figures), in particular a vehicle brake control unit, and can be controlled by it or be integrated into such as a component, for example in the form of a software module.
  • a direct current or direct voltage source 33 can be present, which—as shown in FIG. 2 by way of example—can form a component part of the control device 30 .
  • the direct current Ig can be provided by an external direct current network.
  • the control device 30 according to FIG. 1 is additionally equipped with a control device 34 which causes an alternating magnetic flux Bw in the magnetic track brake 10 and thus in the magnetic circuit according to FIG.
  • the control device 34 has an electrical See AC power source 341, which may be an AC electrical power source 341, as shown in FIG. 2, or an AC electrical power source.
  • the electrical alternating voltage source 341 feeds an alternating current Iw into the coil 12 . It is assumed below, for example, that the AC voltage source 341 generates alternating current or AC voltage with a single frequency, which is preferably in the range between 10 and 40 Hz.
  • the control device 34 also includes an evaluation device 342, the task of which is to generate one or more measurement data MA that directly or indirectly describe the state of the magnetic rail brake 10 or its position.
  • the measurement data MA or at least one of them is preferably dependent on the alternating magnetic field that is produced by the alternating voltage source 341 .
  • the evaluation device 342 can be connected to a vehicle-side control unit (not shown in the figures), in particular a vehicle-side brake control unit, or can be integrated into such as a component, for example in the form of a software module.
  • the evaluation device 342 is connected to a voltage measuring device 343, which measures the AC voltage Uw at the AC voltage source 341, forming measured voltage values Uwm.
  • the voltage measuring device 343 can also be connected in parallel to the coil 12 and measure the coil voltage Us at the coil 12; the alternating component of the coil voltage Us corresponds to the alternating voltage Uw at the alternating voltage source 341.
  • the inductance L is minimal because of the missing or only very small influence of the iron of the rail 20, so that the amount
  • FIG. bar is seated on the rail 20, as shown in FIG. 1, and the rail 20 forms a closed magnetic circuit with the magnetic rail brake. It can be seen that the alternating current Iw and the alternating voltage Uw are clearly phase-shifted; a phase measurement value describing the phase position or the phase shift is marked with the reference symbol V.
  • FIG. 4 shows, by way of example, the time profile of the AC voltage Uw and the time profile of the alternating current Iw over time t in the event that the magnetic rail brake is separated from the rail 20.
  • the alternating current Iw and the alternating voltage Uw are less phase-shifted than in FIG. 3; the measured phase value V is therefore smaller than in FIG. 3.
  • the effective value leff of the alternating current Iw or its peak value Imax is greater than when the magnetic rail brake 10 is fitted or greater than in FIG. 3, since the magnitude of the impedance IZ
  • the direction of the changes is to be understood as an example. Due to different resonance and measurement frequencies or in the case of more complex electrical conditions, it can happen that the changes between active and inactive operation of the magnetic rail brake or changes in the position of the magnetic rail brake lead to an opposite direction of change.
  • the evaluation device 342 can generate one or more measurement data MA relating to the magnetic rail brake. They can also generate various signals on their basis, for example a contact signal Sa, which is in the contact position magnetic track brake 10 on the rail 20, a fault signal Sst, which indicates a fault, a skewing signal, which indicates skewing on the magnetic track brake 10, and/or a wear signal, which indicates the state of wear of the pole shoes 11a and 11b ; this is explained below using examples:
  • the measured phase value V as such can form one of the measurement data MA, for example, and the evaluation device 342 can generate a contact signal Sa, for example, which indicates the contact position of the magnetic rail brake 10 or its contact with the rail 20 when the measured phase value V reaches a predetermined phase shift threshold value Vsoll or exceeds, so the following applies:
  • the phase shift threshold value Vsoll is preferably of the order of 5° and can be 5°, for example.
  • the phase shift threshold value can also be defined as a function of a high-position reference phase value Vref, which has been measured and stored in the high-position of the magnetic track brake 10;
  • the evaluation device 342 can always select the phase shift threshold value Vsoll to be greater than the high-level reference phase value Vref by a predefined differential phase value Vdiff of, for example, 3°, for example according to:
  • Vset Vref + Vdiff
  • the phase difference dV between the current measured phase value V and the high reference phase value Vref can be used to form the contact signal Sa;
  • the change threshold value dVsoll is preferably 3° or more.
  • the warning signal W is generated, for example.
  • the impedance Z can form one of the measurement data MA and the evaluation device 342 can generate the signal Sa when the amount
  • the specified impedance absolute threshold value SW1 if, for example, the following applies:
  • the warning signal W is preferably generated.
  • the evaluation device 342 can generate the signal Sa when the phase angle arg(Z) of the impedance Z reaches or exceeds a predetermined angle threshold value, ie: arg(Z)>SW2
  • phase angle arg(Z) of the impedance Z corresponds—apart from any conversion or detection deviations—to the phase measurement value V above, so that the angle threshold value can correspond to the phase shift threshold value Vsoll.
  • the warning signal W is preferably generated if, for example, the following applies:
  • the peak values Umax and Imax or quotients formed from them can form measurement data MA and the evaluation device 342 can generate the presence signal Sa, for example, if the quotient between the peak value Umax of the AC voltage and the peak value Imax of the current reaches or exceeds a predetermined resistance threshold value SW3. if for example:
  • the warning signal W is preferably generated, ie if, for example, the following applies:
  • the quotient between the peak value Imax of the alternating current and the peak value Umax of the voltage can be formed and compared with a predetermined conductance threshold value in order to generate the deadlock signal Sa or the warning signal W.
  • the rms values or quotients formed from them can form measurement data MA and the evaluation device 342 can generate the presence signal Sa if the quotient between the rms value Ueff of the voltage and the rms value of the current reaches or exceeds the specified resistance threshold value SW3 , if, for example, the following applies:
  • the warning signal W is preferably generated, ie if, for example, the following applies:
  • the quotient between the rms value leff of the alternating current and the rms value Ueff of the voltage can be formed and compared with the specified conductance threshold value in order to generate the service signal Sa or the warning signal W.
  • evaluation device 342 is connected to a position sensor which detects the high position of the magnetic track brake 10 and Can generate position indicating high position signal HLS.
  • evaluation device 342 can check whether the measurement data MA, for example the above-mentioned measured phase value V, deviates from a high position setpoint value stored for the high position beyond a predetermined high position tolerance measure or not. If the tolerance band defined by the high position tolerance measure is not left, the evaluation device 342 can emit a signal which indicates that the magnetic track brake 10 is operating within the normal range; if the tolerance band is left, a maintenance signal Sw is preferably output, which indicates that the magnetic track brake 10 is to be serviced.
  • the high position setpoint is defined, for example, by recording the measurement MA, for example the measured phase value V, after the initial installation and/or after each maintenance has been carried out, and storing the measurement MA, for example the measured phase value, as the high position setpoint .
  • the evaluation device 342 generates a cleavage signal Si when the measured phase value V falls below the high position setpoint minus the high position tolerance measure, and/or generates a wear signal Sv if the phase measured value V exceeds the high position setpoint plus the high position tolerance measure - tet.
  • the evaluation device 342 can generate a fault warning signal Sst if - for example from the position sensor already mentioned - there is a lowering signal ABS, according to which the magnetic rail brake 10 should be in the lowered state, i.e. on the rail 20, but neither that Aufliegesignal Sa nor the warning signal W is present.
  • a fault warning signal Sst can signal that the magnetic rail brake 10 despite the presence of the lowering nals ABS probably either not sitting on the rail 20 or the control device 34 is disturbed.
  • the evaluation device 342 can generate its own high-level signal SH, for example if the measurement information MA explained above does not enable the generation of the contact signal Sa or the warning signal W, or if the AC behavior of the magnetic field generating device causes a magnetic flux below a minimum flux threshold indicates.
  • the alternating source (here the alternating voltage source 341) generates a single alternating frequency; alternatively, the alternating source can also generate more than one frequency, for example a frequency spectrum in which at least one of the frequencies is preferably in the range between 10 and 40 Hz.
  • the above steps for generating the measurement data MA and the signals, such as the contact signal Sa, the warning signal W, the foliation signal Si, the maintenance signal Sw, the wear signal Sv and the fault warning signal Sst, are preferably carried out for at least two or more frequencies in the case of two or more frequencies one of the frequencies, particularly preferably for each of the frequencies.
  • an analysis of the measurement signals can include a Fourier transformation, for example, in order to enable frequency-specific signal evaluation in a simple and rapid manner.
  • FIGS. 1 to 4 are only to be understood as examples; they are primarily intended for general understanding. In concrete terms, it should only be explained by way of example how measurement data MA relating to the magnetic rail brake 10 can be formed on the basis of measurement results which describe the AC behavior of the magnetic field generation device. In this sense, the physical model used above, according to which the magnetic track brake 10 according to FIG. least can be described approximately by a series connection of an ohmic resistor R and an inductance L according to
  • the measurement information MA and signals based thereon can be generated solely on the basis of stored comparison values that were measured and stored in the initial state after the magnetic track brake 10 was first installed or after maintenance.
  • measurement results that describe the AC behavior of the magnetic field generating device such as the measured phase value V
  • the stored measurement results can be measured and stored for the upper position and the rest position (lower position).
  • it can be determined, for example, whether the magnetic track brake 10 is in the up position or the contact position, and a corresponding measurement data MA and a corresponding contact signal Sa or contact signal SH can be generated .
  • the other measurement data MA explained above and the other signals described above, such as the warning signal W, the cleavage signal Si, the maintenance signal Sw, the wear signal Sv and the fault warning signal Sst are formed; the above statements apply accordingly in this regard.
  • the AC behavior of the magnetic field generating device can be detected during normal operation of the magnetic track brake, ie for example when direct current is switched on, or in the switched-off state, ie for example when direct current is switched off, in order to generate the measurement data and signals described above.
  • a measuring voltage can be applied to the magnet coil(s) and AC variables can be measured. Measuring the AC characteristics can provide information about the position and condition of the magnetic rail brake.
  • the magnetic rail brake can have two brake magnets or consist of such.
  • Each brake magnet can be viewed as an inductor with an iron core and a gap. Therefore, the condition of the magnet can be assessed using classic AC measurement technology. Any change in the state of the iron core leads to changes in the response behavior to an alternating current load and can therefore be detected very precisely.
  • the state of a new brake magnet in the up position can be used as a reference point. If the brake now touches down, the air gap is closed and the AC behavior of the brake changes significantly.
  • a measurement of the AC properties can be carried out ideally before starting the journey with the vehicle stationary. The best results can be expected here, since vibrations and other disturbing influences are minimal.
  • the conventional switching technology can be replaced by a quasi-analogue output stage, which modulates the measuring current.
  • a technical improvement can lie in transferring the AC current measurements to the frequency domain using Fourier transformation. This simplifies the measurement of some AC characteristics.
  • the procedure described can supplement the diagnosis for high-level detection with the information as to whether the magnetic rail brake has also been lowered to the top edge of the rail.
  • the method can offer the possibility of detecting sloughing and thus provide information on the braking force of the magnetic track brake.
  • the method can provide an indication of the wear condition of the pole pieces and end members, at least the New and Worn condition.
  • the method can offer the possibility of carrying out the diagnosis dynamically, ie also while driving or braking.
  • the diagnosis for detection of bottoming as well as for detection of splintering and wear can be carried out without additional sensors.
  • the measuring technology typically used can enable the internal resistance of the brake to be measured without any further effort and can therefore be used to detect faults on the electrical side. If measurement technology is used that can also measure when it is switched on, further switching and suppression elements for the magnetic rail brakes can be omitted.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Kontrolleinrichtung (34) zum Überwachen der Funktion einer Magnetschienenbremse (10), die zumindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines Magnetfeldes umfasst und derart ausgestaltet ist, dass sie im aktiven Bremsbetrieb auf einer streckenseitigen Schiene (20) aufliegt und im inaktiven Zustand angehoben und von der Schiene (20) getrennt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung (34) umfasst: eine Wechselquelle (341) zum Erzeugen eines Wechselstroms (Iw) durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) oder zumindest eines Wechselstromanteils in einem durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) fließenden Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes und eine Auswerteinrichtung (342), die dazu ausgestaltet ist, auf der Basis von Messergebnissen, die das Wechselstromverhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) beschreiben, zumindest eine die Magnetschienenbremse (10) betreffende Messangabe (MA) zu bilden.

Description

Beschreibung
Kontrolleinrichtung für eine Magnetschienenbremse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontrolleinrichtung und ein Verfahren zum Überwachen der Funktion einer Magnetschie- nenbremse .
Magnetschienenbremsen sind im Bereich der Eisenbahntechnik allgemein bekannt. Eine Magnetschienenbremse weist zumindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Mag- netfeldes auf. Im aktiven Bremsbetrieb liegt die Magnetschie- nenbremse auf einer streckenseitigen Schiene auf und erzeugt eine Bremswirkung durch Reibung; durch Einspeisen eines Stro- mes durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung lässt sich eine magnetische Anziehungskraft zwischen der Magnetschienenbremse und der Schiene hervorrufen, wodurch sich die Reibung und da- mit die Bremskraft erhöhen. Im inaktiven Zustand ist die Mag- netschienenbremse angehoben und von der Schiene getrennt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Magnet- schienenbremse eine Kontrolleinrichtung anzugeben, mit der sich zumindest eine die Magnetschienenbremse betreffende Messangabe bilden lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontrollein- richtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kontrol- leinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontrollein- richtung umfasst: eine Wechselquelle zum Erzeugen eines Wech- selstroms durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung oder zu- mindest eines Wechselstromanteils in einem durch die Magnet- felderzeugungseinrichtung fließenden Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes und eine Auswerteinrichtung, die dazu ausgestaltet ist, auf der Basis von Messergebnissen, die das Wechselstromverhalten der Magnetfelderzeugungsein- richtung beschreiben, zumindest eine die Magnetschienenbremse betreffende Messangabe zu bilden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kontrollein- richtung ist darin zu sehen, dass diese auf der Basis von Messergebnissen arbeitet, die das Wechselstromverhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung beschreiben. Der erfindungs- gemäße Gedanke besteht darin, dass die wesentliche Funktion der Magnetschienenbremse auf dem magnetischen Fluss basiert, der von der Magnetfelderzeugungseinrichtung, wenn sie strom- durchflossen ist, erzeugt wird. Der magnetische Fluss wird wiederum von mehreren Faktoren beeinflusst, beispielsweise von dem Abstand der Magnetschienenbremse von der Schiene. Liegt die Magnetschienenbremse auf der Schiene auf, so ist aufgrund des magnetischen Einflusses des Eisens der Schiene der magnetische Fluss maximal, wohingegen bei angehobener Magnetschienenbremse der magnetische Fluss vergleichsweise klein ist. Der Einfluss des Abstands wirkt sich wegen der Veränderung des magnetischen Flusses auf die elektrischen Ei- genschaften, zum Beispiel die Induktivität, der Magnetschie- nenbremse bzw. deren Magnetfelderzeugungseinrichtung aus, wodurch es beispielsweise möglich wird, durch Auswertung des Wechselstromverhaltens der Magnetfelderzeugungseinrichtung auf die Stellung der Magnetschienenbremse relativ zur Schiene zu schließen. Aber auch andere Effekte lassen sich durch Aus- wertung des Wechselstromverhaltens der Magnetfelderzeugungs- einrichtung erkennen, wie weiter unten im Detail erläutert wird, beispielsweise die Abnutzung oder die Verschmutzung der Magnetschienenbremse .
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung der Magnetschienenbremse umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Spulen oder wird durch eine oder mehrere Spulen gebildet.
Die Kontrolleinrichtung umfasst vorzugsweise eine Spannungs- messeinrichtung zum Messen einer an der Magnetschienenbremse, der Magnetfelderzeugungseinrichtung oder der Wechselquelle anliegenden Spannung sowie eine Strommesseinrichtung zum Mes- sen des durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung fließenden Stromes .
Die Auswerteinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgestaltet, auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmess- einrichtung und der Strommesseinrichtung geliefert werden, die zumindest eine die Magnetschienenbremse betreffende Messangabe zu bilden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Kontrol- leinrichtung ist vorgesehen, dass die Auswerteinrichtung der- art ausgebildet ist, dass sie ein ein Aufliegen der Magnet- schienenbremse auf der Schiene anzeigendes Aufliegesignal in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe eine Aufsitzbedingung erfüllt.
Die zumindest eine Messangabe oder eine der Messangaben im Falle zweier oder mehr Messangaben ist vorzugsweise eine pha- senverschiebungsbezogene Messangabe und die Aufsitzbedingung ist vorzugsweise eine phasenverschiebungsbezogene Aufsitzbe- dingung. Die Auswerteinrichtung ist im letztgenannten Falle bevorzugt derart ausgebildet, dass sie einen die Phasenver- schiebung zwischen einem von der Strommesseinrichtung gemes- senen Strom und einer von der Spannungsmesseinrichtung gemes- senen Spannung angebenden Phasenmesswert ermittelt, wobei der Phasenmesswert die phasenverschiebungsbezogene Messangabe bildet, und die phasenverschiebungsbezogene Aufsitzbedingung als erfüllt ansieht, wenn der Phasenmesswert einen vorgegebe- nen Phasenlagenschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messangabe oder eine der Messangaben im Falle zweier oder mehr Messangaben eine impedanzbetragsbezogene Messangabe und die Aufsitzbedingung eine impedanzbetragsbezo- gene Aufsitzbedingung ist. Die Auswerteinrichtung ist im letztgenannten Falle bevorzugt derart ausgebildet, dass sie einen eine Impedanz der Magnetfelderzeugungseinrichtung ange- benden Impedanzzeiger bildet, wobei der Betrag des Impedanz- zeigers die impedanzbetragsbezogene Messangabe bildet, und die impedanzbetragsbezogene Aufsitzbedingung als erfüllt an- sieht, wenn der Betrag des Impedanzzeigers einen vorgegebenen Impedanzbetragsschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messangabe oder eine der Messangaben im Falle zweier oder mehr Messangaben eine zeigerwinkelbezogene Messangabe ist und die Aufsitzbedingung eine zeigerwinkelbe- zogene Aufsitzbedingung ist. Die Auswerteinrichtung ist im letztgenannten Falle bevorzugt derart ausgebildet, dass sie einen eine Impedanz der Magnetfelderzeugungseinrichtung be- schreibenden Impedanzzeiger bildet, wobei der Phasenwinkel des Impedanzzeigers die zeigerwinkelbezogene Messangabe bil- det, und die zeigerwinkelbezogene Aufsitzbedingung als er- füllt ansieht, wenn der Phasenwinkel des Impedanzzeigers ei- nen vorgegebenen Winkelschwellenwert erreicht oder über- schreitet .
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die zumindest eine Messangabe oder eine der Messangaben im Falle zweier oder mehr Messangaben eine quotientenbezogene Messan- gabe ist und die Aufsitzbedingung eine quotientenbezogene Aufsitzbedingung ist und die Messergebnisse der Spannungsmes- seinrichtung und der Strommesseinrichtung Effektiv- oder Scheitelwerte des Stroms bzw. der Spannung angeben. Die Aus- werteinrichtung ist im letztgenannten Falle bevorzugt derart ausgebildet, dass sie als die quotientenbezogene Messangabe den Quotienten zwischen dem Effektiv- oder Scheitelwert der Spannung und dem Effektiv- oder Scheitelwert des Stroms bil- det und die quotientenbezogene Aufsitzbedingung als erfüllt ansieht, wenn der letztgenannte Quotient einen vorgegebenen Widerstandsschwellenwert erreicht oder überschreitet, und/oder als die quotientenbezogene Messangabe den Quotienten zwischen dem Effektiv- oder Scheitelwert des Stroms und dem Effektiv- oder Scheitelwert der Spannung bildet und die quo- tientenbezogene Aufsitzbedingung als erfüllt ansieht, wenn der letztgenannte Quotient einen vorgegebenen Leitwertschwel- lenwert erreicht oder unterschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmess- einrichtung und der Strommesseinrichtung geliefert werden, einen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an- gebenden Phasenmesswert bildet und das Aufliegesignal er- zeugt, wenn der Phasenmesswert einen vorgegebenen Phasenver- schiebungsschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmesseinrich- tung und der Strommesseinrichtung geliefert werden, einen ei- ne Impedanz der Magnetfelderzeugungseinrichtung beschreiben- den Impedanzzeiger bildet und das Aufliegesignal erzeugt, wenn der Betrag des Impedanzzeigers einen vorgegebenen Impe- danzbetragsschwellenwert erreicht oder überschreitet und/oder der Phasenwinkel des Impedanzzeigers einen vorgegebenen Win- kelschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Messergebnisse der Spannungsmesseinrichtung und der Strommes- seinrichtung Effektiv- oder Scheitelwerte des Stroms bzw. der Spannung angeben und die Auswerteinrichtung derart ausgebil- det ist, dass sie das Aufliegesignal erzeugt, wenn ein die zumindest eine Messangabe bildender Quotient zwischen dem Ef- fektiv- oder Scheitelwert der Spannung und dem Effektiv- oder Scheitelwert des Stroms einen vorgegebenen Widerstandsschwel- lenwert erreicht oder überschreitet, und/oder ein die zumin- dest eine Messangabe bildender Quotient zwischen dem Effek- tiv- oder Scheitelwert des Stroms und dem Effektiv- oder Scheitelwert der Spannung einen vorgegebenen Leitwertschwel- lenwert erreicht oder unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung eine Fouriertransformationseinrichtung um- fasst und derart ausgestaltet ist, dass sie den zeitlichen Verlauf von Strom- und Spannungsmesswerten der Spannungsmess- einrichtung und der Strommesseinrichtung einer Fouriertrans- formation unter Bildung eines Spektrums unterzieht und das Aufliegesignal in Abhängigkeit von dem Spektrum erzeugt.
Die Wechselquelle kann eine Wechselstromquelle oder Wechsel- spannungsquelle sein oder aufweisen, die einen Wechselstrom in die Magnetfelderzeugungseinrichtung einspeist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Wechselquelle eine Modulationseinrichtung ist oder aufweist, die die Amplitude des durch die Magnetfelderzeugungseinrich- tung fließenden Stroms im zeitlichen Verlauf unter Bildung des Wechselstromanteils moduliert. Bei der letztgenannten Va- riante kann die Wechselquelle also eine passive Komponente sein, die selbst keinen Strom oder keine Spannung liefert, sondern lediglich einen Strom oder eine Spannung einer ande- ren Komponente, wie beispielsweise einer Gleichstromquelle oder einer Gleichspannungsquelle, im zeitlichen Verlauf modu- liert, um einen magnetischen Wechselfluss hervorzurufen.
Der Wechselstrom oder Wechselstromanteil kann im zeitlichen Verlauf rein sinusförmig sein, also nur eine einzige Frequenz aufweisen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wechsel- strom oder Wechselstromanteil im Frequenzspektrum zwei oder mehr Frequenzen aufweist.
Mit Blick auf eine einfache Signalauswertung wird es als vor- teilhaft angesehen, wenn die Frequenz oder zumindest eine der Frequenzen des Wechselstroms oder des Wechselstromanteils im Frequenzbereich zwischen 10 und 40 Hz liegt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Aufschieferungssignal, das an- zeigt, dass sich an der Schnittstelle zur Schiene auf der Magnetschienenbremse Ablagerungen befinden, in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe eine Auf- schieferungsbedingung erfüllt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Verschleißsignal, das den Ver- schleißzustand von Polschuhen und Endgliedern der Magnet- schienenbremse anzeigt, in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe eine Verschleißbedingung erfüllt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Störungswarnsignal, das an- zeigt, dass die Funktion der Magnetschienenbremse gestört ist, erzeugt, wenn - obwohl ein Absenksignal vorliegt, wonach die Magnetschienenbremse auf der Schiene aufliegen sollte - die zumindest eine Messangabe die Erfüllung einer vorgegebe- nen Störbedingung anzeigt. Die Störbedingung kann beispiels- weise als erfüllt angesehen werden, wenn der magnetische Fluss des magnetischen Wechselfeldes einen Mindestflusswert unterschreitet und/oder kein Aufliegesignal vorliegt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Hochlagesignal erzeugt, wenn die zumindest eine Messangabe oder eine der Messangaben eine Hochlagebedingung erfüllt. Beispielsweise kann sie das Hoch- lagesignal erzeugen, wenn die Messangabe oder die Messangaben weder die Erzeugung des Aufliegesignals noch des Warnsignals ermöglichen bzw. das Wechselstromverhalten der Magnetfelder- zeugungseinrichtung einen magnetischen Fluss unterhalb einer Mindestflussschwelle und/oder eine Induktivität unterhalb ei- ner Mindestinduktivität anzeigt.
Alternativ oder zusätzlich können die Messangaben und auf diesen basierende Signale allein auf der Basis von abgespei- cherten Vergleichswerten erzeugt werden, die im Ausgangszu- stand nach der Erstinstallation der Magnetschienenbremse oder nach einer Wartung gemessen und abgespeichert worden sind. So können beispielsweise Messergebnisse, die das Wechselstrom- verhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung beschreiben (wie beispielsweise der Phasenmesswert), jeweils für die Hochlagestellung und die Auflagestellung (Tieflagestellung) gemessen und abgespeichert werden. Durch Vergleich der abge- speicherten Messergebnisse mit aktuellen Messergebnissen kann beispielsweise festgestellt werden, ob die Magnetschienen- bremse die Hochlagestellung oder die Auflagestellung einnimmt und es kann eine korrespondierende Messangabe und ein ent- sprechendes Signal, also ein Aufliegesignal oder ein Hochla- gesignal, erzeugt und ausgegeben werden.
Auch können durch Vergleich der abgespeicherten Messergebnis- se mit aktuellen Messergebnissen die anderen oben erläuterten Messangaben und die oben beschriebenen Signale, wie bei- spielsweise das Warnsignal, das Aufschieferungssignal, das Wartungssignal, das Verschleißsignal und das Störungswarnsig- nal gebildet werden; die obigen Ausführungen gelten diesbe- züglich entsprechend.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Überwachen der Funktion einer Magnetschienenbremse, die zu- mindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum Erzeugen ei- nes Magnetfeldes umfasst, wobei die Magnetschienenbremse der- art ausgestaltet ist, dass sie im aktiven störungsfreien Bremsbetrieb abgesenkt ist und auf einer streckenseitigen Schiene aufliegt und im inaktiven Zustand angehoben und von der Schiene getrennt ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Strom in Form eines Wechselstroms oder zumindest ein Strom mit Wechselstromanteil zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes in die Magnet- felderzeugungseinrichtung eingespeist wird und auf der Basis von Messergebnissen, die das Wechselstromverhalten der Mag- netfelderzeugungseinrichtung beschreiben, zumindest eine die Magnetschienenbremse betreffende Messangabe gebildet wird.
Das Verfahren wird vorzugsweise mit der oben beschriebenen Kontrolleinrichtung durchgeführt. Bezüglich der Vorteile und vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung und deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher beschrieben, dabei zeigen beispielhaft:
Figur 1 in einer vereinfachten Darstellung Bestandteile ei- ner Magnetschienenbremse, die auf einer Schiene ei- ner Eisenbahngleisanlage aufgesetzt ist und von ei- ner Steuereinrichtung angesteuert wird, die mit ei- nem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung ausgestattet ist,
Figur 2 die Steuereinrichtung gemäß Figur 1 näher im De- tail,
Figur 3 den zeitlichen Verlauf einer an der Magnetschienen- bremse gemäß Figur 1 anliegenden Wechselspannung und eines durch die Magnetschienenbremse gemäß Fi- gur 1 fließenden Wechselstromes bei der in der Fi- gur 1 gezeigten abgesenkten Stellung der Magnet- schienenbremse, und
Figur 4 den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung und des Wechselstromes im Falle, dass sich die Magnetschie- nenbremse in ihrer Hochlagestellung befindet und räumlich von der Schiene getrennt ist.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Magnet- schienenbremse 10 eines nicht weiter dargestellten Schienen- fahrzeugs, die auf einer Schiene 20 einer streckenseitigen Eisenbahngleisanlage aufliegt und bei Fahrt des Schienenfahr- zeugs durch Reibung eine Bremswirkung erzeugen kann. Die Mag- netschienenbremse 10 kann mit einer in der Figur 1 aus Grün- den der Übersicht nicht dargestellten Hebevorrichtung angeho- ben bzw. in eine Hochlagestellung gebracht werden, in der sie von der Schiene 20 räumlich getrennt ist; auch kann sie mit der Hebevorrichtung auf die Schiene 20 abgesenkt bzw. in eine untere Auflagestellung gebracht werden, wie sie in der Figur 1 beispielhaft schematisch dargestellt ist.
Die Magnetschienenbremse 10 umfasst unter anderem eine Mag- netfelderzeugungseinrichtung und einen magnetisierbaren Kern 11, dessen Enden beispielsweise durch zwei Polschuhe 11a und 11b gebildet sein können. Die Magnetfelderzeugungseinrich- tung, die im aktiven Betrieb ein Magnetfeld erzeugt, kann ei- ne oder mehrere Spulen aufweisen oder durch eine oder mehrere solcher Spulen gebildet sein; bei dem Ausführungsbeispiel ge- mäß Figur 1 umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung aus Darstellungsgründen lediglich eine einzige Spule 12. Die kon- struktive und elektrische Ausgestaltung der Magnetschienen- bremse 10 ist hier nur beispielhaft zu verstehen; Magnet- schienenbremsen 10 als solche sind in der Eisenbahntechnik allgemein bekannt, weshalb eine detaillierte Beschreibung des konstruktiven Aufbaus der Magnetschienenbremse 10 zum Ver- ständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist.
Bei der Darstellung gemäß Figur 1 befindet sich die Magnet- schienenbremse 10 in ihrem aktiven Zustand, bei dem sie auf der Schiene 20 aufliegt und von einem Gleichstrom Ig durch- flossen wird, um eine gewünschte Bremswirkung zu erzeugen. Der Gleichstrom Ig durchfließt die Spule 12, die - von dem Gleichstrom Ig angeregt - ein magnetisches Gleichfeld und ei- nen magnetischen Fluss Bg durch die Spule 12, die Polschuhe 11a und 11b und die externe streckenseitige Schiene 20 her- vorruft. Die Spule 12, die Polschuhe 11a und 11b und die streckenseitige Schiene 20 bilden im abgesenkten Zustand der Magnetschienenbremse 10 gemäß Figur 1 einen geschlossenen magnetischen Kreis. Der magnetische Fluss Bg in dem magnetischen Kreis führt zu einer magnetischen Anziehung zwischen den Polschuhen 11a bzw. 11b und der streckenseitigen Schiene 20, wodurch die Magnet- schienenbremse 10 auf die Schiene 20 gepresst und die rei- bungsbedingte Bremswirkung der Magnetschienenbremse 10 erhöht wird. Der Gleichstrom Ig durch die Magnetschienenbremse 10 kann somit auch als Bremsstrom der Magnetschienenbremse 10 bezeichnet werden.
Zur Ansteuerung der Magnetschienenbremse 10 und zum Erzeugen des Gleichstroms Ig dient bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine Steuereinrichtung 30; ein Ausführungsbeispiel für die Steuereinrichtung 30 gemäß Figur 1 ist in der Figur 2 gezeigt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.
Das Aktivieren und Deaktivieren des aktiven Bremsbetriebs der Magnetschienenbremse 10, also das Ein- und Ausschalten des Gleichstroms Ig, kann beispielsweise durch einen Schalter 31 und eine den Schalter 31 ansteuernde Aktivierungseinrichtung 32 einer Steuereinrichtung 30 erfolgen. Die Aktivierungsein- richtung 32 kann mit einem in den Figuren nicht gezeigten fahrzeugseitigen Steuergerät, insbesondere einem fahrzeugsei- tigen Bremssteuergerät, in Verbindung stehen und von diesem gesteuert werden oder in ein solches als Bestandteil inte- griert sein, beispielsweise in Form eines Softwaremoduls.
Zur Erzeugung des Gleichstromes Ig kann eine Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle 33 vorhanden sein, die - wie in der Figur 2 beispielhaft gezeigt - einen Bestandteil der Steuereinrichtung 30 bilden kann. Alternativ kann der Gleich- strom Ig durch ein externes Gleichspannungsnetz bereitge- stellt werden.
Die Steuereinrichtung 30 gemäß Figur 1 ist zusätzlich mit ei- ner Kontrolleinrichtung 34 ausgestattet, die einen magneti- schen Wechselfluss Bw in der Magnetschienenbremse 10 und da- mit in dem magnetischen Kreis gemäß Figur 1 hervorruft. Die Kontrolleinrichtung 34 weist zu diesem Zwecke eine elektri- sehe Wechselquelle 341 auf, bei der es sich um eine elektri- sche Wechselspannungsquelle 341, wie in der Figur 2 gezeigt, oder eine elektrische Wechselstromquelle handeln kann. Die elektrische Wechselspannungsquelle 341 speist bei dem Ausfüh- rungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 einen Wechselstrom Iw in die Spule 12 ein. Nachfolgend wird beispielhaft davon aus- gegangen, dass die Wechselspannungsquelle 341 Wechselstrom bzw. Wechselspannung mit einer einzigen Frequenz erzeugt, die vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 40 Hz liegt.
Die Kontrolleinrichtung 34 umfasst außerdem eine Auswertein- richtung 342, deren Aufgabe darin besteht, eine oder mehrere Messangaben MA zu erzeugen, die den Zustand der Magnetschie- nenbremse 10 oder deren Stellung mittelbar oder unmittelbar beschreiben. Die Messangaben MA oder zumindest eine von die- sen ist vorzugsweise von dem magnetischen Wechselfeld abhän- gig, das von der Wechselspannungsquelle 341 hervorgerufen wird. Die Auswerteinrichtung 342 kann mit einem in den Figu- ren nicht gezeigten fahrzeugseitigen Steuergerät, insbesonde- re einem fahrzeugseitigen Bremssteuergerät, in Verbindung stehen oder in ein solches als Bestandteil integriert sein, beispielsweise in Form eines Softwaremoduls.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 steht die Auswer- teinrichtung 342 mit einer Spannungsmesseinrichtung 343 in Verbindung, die die Wechselspannung Uw an der Wechselspan- nungsquelle 341 unter Bildung von Spannungsmesswerten Uwm misst. Alternativ kann die Spannungsmesseinrichtung 343 auch parallel zur Spule 12 geschaltet sein und die Spulenspannung Us an der Spule 12 messen; der Wechselanteil der Spulenspan- nung Us entspricht der Wechselspannung Uw an der Wechselspan- nungsquelle 341.
Die Auswerteinrichtung 342 steht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 außerdem mit einer Strommesseinrichtung 344 in Verbindung, die den durch die Magnetschienenbremse 10 bzw. deren Spule 12 fließenden Strom Ig+Iw unter Bildung von
Strommesswerten Im misst. Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass sich die Magnetschienenbremse 10 gemäß Figur 1 zwischen ihren elektrischen Anschlüssen Al und A2 elektrisch zumindest nähe- rungsweise durch eine Reihenschaltung eines ohmschen Wider- stands R und einer Induktivität L beschreiben lässt, wobei die Induktivität L vom Abstand der Magnetschienenbremse 10 von der Schiene 20 abhängt. Unter dieser Annahme gilt also näherungsweise :
Z = R + j 2 % f L
|Z| = A/(R2 + (271 f L)2) wobei f die Frequenz der Wechselspannungsquelle 341 und Z die komplexe Impedanz bzw. den komplexen Impedanzzeiger der Mag- netschienenbremse 10 bzw. deren Spule 12 (bezogen auf die Frequenz der Wechselspannungsquelle 341) bezeichnet.
Im Falle eines großen Abstands zwischen der Magnetschienen- bremse 10 und der Schiene 20, also in der Hochlagestellung der Magnetschienenbremse 10, wird die Induktivität L wegen des fehlenden bzw. nur sehr kleinen Einflusses des Eisens der Schiene 20 minimal, sodass auch der Betrag |Z| der Impedanz und die Phasenverschiebung zwischen dem Wechselstrom Iw und der Wechselspannung Uw minimal werden.
Ist hingegen die Magnetschienenbremse 10 auf die Schiene 20 abgesenkt, wie in der Figur 1 gezeigt, so wird die Induktivi- tät L wegen des unmittelbaren Einflusses des Eisens der Schiene 20 maximal, sodass auch der Betrag |Z| der Impedanz und die Phasenverschiebung zwischen dem Wechselstrom Iw und der Wechselspannung Uw maximal werden.
Die Figur 3 zeigt in einer vereinfachten schematischen Dar- stellung beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Wechselspan- nung Uw und den zeitlichen Verlaufs des Wechselstroms Iw über der Zeit t im Falle, dass die Magnetschienenbremse unmittel- bar auf der Schiene 20 aufsitzt, wie in der Figur 1 gezeigt ist, und die Schiene 20 mit der Magnetschienenbremse einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet. Man erkennt, dass der Wechselstrom Iw und die Wechselspannung Uw deutlich pha- senverschoben sind; ein die Phasenlage bzw. die Phasenver- schiebung beschreibender Phasenmesswert ist mit dem Bezugs- zeichen V gekennzeichnet.
Die Figur 4 zeigt zum Vergleich beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung Uw und den zeitlichen Verlaufs des Wechselstroms Iw über der Zeit t im Falle, dass die Mag- netschienenbremse von der Schiene 20 getrennt ist. Der Wech- selstrom Iw und die Wechselspannung Uw sind aus diesem Grunde weniger als in der Figur 3 phasenverschoben; der Phasenmess- wert V ist also kleiner als in der Figur 3. Außerdem ist der Effektivwert leff des Wechselstroms Iw bzw. dessen Scheitel- wert Imax größer als bei aufgesetzter Magnetschienenbremse 10 bzw. größer als in der Figur 3, da der Betrag der Impedanz IZ| wegen der kleineren Induktivität L ebenfalls kleiner ist; es gilt also: leff (Hochlagestellung) > leff(Auflagestellung) Imax (Hochlagestellung) > Imax (Auflagestellung)
Die Richtung der Änderungen ist beispielhaft zu verstehen. Durch verschiedene Resonanz- und Messfrequenzen bzw. im Falle komplexerer elektrischer Verhältnisse kann es dazu kommen, dass die Veränderungen zwischen aktivem und inaktivem Betrieb der Magnetschienenbremse bzw. Veränderungen der Stellung der Magnetschienenbremse zu einer entgegengesetzten Änderungs- richtung führen.
Auf der Basis des zeitlichen Verlaufs der Wechselspannung Uw und des zeitlichen Verlaufs des Wechselstroms Iw kann die Auswerteinrichtung 342 eine oder mehrere die Magnetschienen- bremse betreffende Messangaben MA erzeugen. Auch kann sie auf deren Basis diverse Signale erzeugen, beispielsweise ein Auf- liegesignal Sa, das in der Auflagestellung ein Aufliegen der Magnetschienenbremse 10 auf der Schiene 20 anzeigt, ein Stör- signal Sst, das eine Störung anzeigt, ein Aufschiefersignal, das eine Aufschieferung auf der Magnetschienenbremse 10 an- zeigt, und/oder ein Verschleißsignal, das den Verschleißzu- stand der Polschuhe 11a und 11b anzeigt; dies soll anhand von Beispielen nachfolgend erläutert werden:
Der Phasenmesswert V als solcher kann beispielsweise eine der Messangaben MA bilden und die Auswerteinrichtung 342 kann beispielsweise ein Aufliegesignal Sa erzeugen, das die Aufla- gestellung der Magnetschienenbremse 10 bzw. deren Aufliegen auf der Schiene 20 anzeigt, wenn der Phasenmesswert V einen vorgegebenen Phasenverschiebungsschwellenwert Vsoll erreicht oder überschreitet, also gilt:
V > Vsoll
Der Phasenverschiebungsschwellenwert Vsoll liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 5° und kann beispielsweise 5° betra- gen.
Auch kann der Phasenverschiebungsschwellenwert in Abhängig- keit von einem Hochlagenreferenzphasenwert Vref, der in der Hochlagenstellung der Magnetschienenbremse 10 gemessen und abgespeichert worden ist, festgelegt werden; beispielsweise kann die Auswerteinrichtung 342 den Phasenverschiebungs- schwellenwert Vsoll stets um einen vorgegebenen Differenzpha- senwert Vdiff von beispielsweise 3° größer als den Hochlagen- referenzphasenwert Vref wählen, beispielsweise gemäß:
Vsoll = Vref + Vdiff
Erreicht der Phasenmesswert V den vorgegebenen Phasenver- schiebungsschwellenwert Vsoll nicht, aber nur knapp nicht, wenn also beispielsweise gilt:
Vsoll > V > (l-K)*Vsoll, wobei K einen Toleranzwert zwischen 0 und 1 bezeichnet, der beispielsweise zwischen 0,1 und 0,3 liegt, so erzeugt die Auswerteinrichtung 342 vorzugsweise ein Warnsignal W, das an- zeigt, dass die Magnetschienenbremse 10 auf der Schiene 20 aufliegt oder aufzuliegen scheint, der magnetische Fluss je- doch nicht ausreichend groß ist. Dieser Fall kann beispiels- weise auftreten, wenn die Magnetschienenbremse stark ver- schmutzt oder beschädigt ist.
Anstelle des aktuellen Phasenmesswerts V kann auch die Pha- sendifferenz dV zwischen dem aktuellen Phasenmesswert V und dem Hochlagenreferenzphasenwert Vref, der in der Hochlagen- stellung der Magnetschienenbremse 10 gemessen und abgespei- chert worden ist, zur Bildung des Aufliegesignals Sa herange- zogen werden; beispielsweise kann die Auswerteinrichtung 342 das Aufliegesignal Sa erzeugen, wenn die Phasenänderung dV einen vorgegebenen Änderungsschwellenwert dVsoll erreicht oder überschreitet, also gilt: dV = V-Vref > dVsoll
Der Änderungsschwellenwert dVsoll beträgt vorzugsweise 3° oder mehr.
Erreicht die Phasenänderung dV den vorgegebenen Änderungs- schwellenwert nicht, aber nur knapp nicht, wenn also bei- spielsweise gilt: dVsoll > dV > (1-K)*dVsoll, so wird beispielsweise das Warnsignal W erzeugt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Impedanz Z eine der Mess- angaben MA bilden und die Auswerteinrichtung 342 kann das Aufliegesignal Sa erzeugen, wenn der Betrag |Z| der Impedanz Z einen vorgegebenen Impedanzbetragsschwellenwert SW1 er- reicht oder überschreitet, also gilt: |Z| > SW1
Erreicht der Betrag |Z| der Impedanz Z den vorgegebenen Impe- danzbetragsschwellenwert SW1 nicht, aber nur knapp nicht, wenn also beispielsweise gilt:
SW1 > |Z| > SW1*(1-K), wird vorzugsweise das Warnsignal W erzeugt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteinrichtung 342 das Aufliegesignal Sa erzeugen, wenn der Phasenwinkel arg(Z) der Impedanz Z einen vorgegebenen Winkelschwellenwert er- reicht oder überschreitet, also gilt: arg(Z) > SW2
Der Phasenwinkel arg(Z) der Impedanz Z entspricht - bis auf etwaige Umrechnungs- bzw. Erfassungsabweichungen - dem obigem Phasenmesswert V, sodass der Winkelschwellenwert dem Phasen- verschiebungsschwellenwert Vsoll entsprechen kann.
Erreicht der Phasenwinkel arg(Z) den Winkelschwellenwert SW2 nicht, aber nur knapp nicht, wird vorzugsweise das Warnsignal W erzeugt, wenn also beispielsweise gilt:
SW2 > arg(Z) > SW2*(1-K).
Alternativ oder zusätzlich können die Scheitelwerte Umax und Imax oder daraus gebildete Quotienten Messangaben MA bilden und die Auswerteinrichtung 342 kann das Aufliegesignal Sa beispielsweise erzeugen, wenn der Quotient zwischen dem Scheitelwert Umax der Wechselspannung und dem Scheitelwert Imax des Stroms einen vorgegebenen Widerstandsschwellenwert SW3 erreicht oder überschreitet, wenn also beispielsweise gilt:
Umax/Imax > SW3 Erreicht der Quotient den Widerstandsschwellenwert SW3 nicht, aber nur knapp nicht, wird vorzugsweise das Warnsignal W er- zeugt, wenn also beispielsweise gilt:
SW3 > Umax/Imax > SW3*(1-K).
Alternativ kann der Quotient zwischen dem Scheitelwert Imax des Wechselstroms und dem Scheitelwert Umax der Spannung ge- bildet und mit einem vorgegebenen Leitwertschwellenwert ver- glichen werden, um das Aufliegesignal Sa oder das Warnsignal W zu erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich können die Effektivwerte oder dar- aus gebildete Quotienten Messangaben MA bilden und die Aus- werteinrichtung 342 kann das Aufliegesignal Sa erzeugen, wenn der Quotient zwischen dem Effektivwert Ueff der Spannung und dem Effektivwert des Stroms den vorgegebenen Widerstands- schwellenwert SW3 erreicht oder überschreitet, wenn also bei- spielsweise gilt:
Ueff/Ieff > SW3
Erreicht der Quotient den Widerstandsschwellenwert SW3 nicht, aber nur knapp nicht, wird vorzugsweise das Warnsignal W er- zeugt, wenn also beispielsweise gilt:
SW3 > Ueff/Ieff > SW3*(1-K).
Alternativ oder zusätzlich kann der Quotient zwischen dem Ef- fektivwert leff des Wechselstroms und dem Effektivwert Ueff der Spannung gebildet und mit dem vorgegebenen Leitwert- schwellenwert verglichen werden, um das Aufliegesignal Sa oder das Warnsignal W zu erzeugen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung 342 mit einem Stellungssensor in Verbindung steht, der die Hochlage der Magnetschienenbremse 10 erfassen und ein die Hochlage- Stellung anzeigendes Hochlagestellungssignal HLS erzeugen kann.
Liegt ein solches Hochlagestellungssignal HLS vor, so kann die Auswerteinrichtung 342 prüfen, ob die Messangabe MA, also beispielsweise der o.g. Phasenmesswert V, mit einem für die Hochlagestellung abgespeicherten Hochlagesollwert über ein vorgegebenes Hochlagetoleranzmaß hinaus abweicht oder nicht. Wird das durch das Hochlagetoleranzmaß definierte Toleranz- band nicht verlassen, so kann die Auswerteinrichtung 342 ein Signal ausgeben, das anzeigt, dass die Magnetschienenbremse 10 im Normbereich arbeitet; wird das Toleranzband verlassen, wird vorzugsweise ein Wartungssignal Sw ausgegeben, das an- zeigt, das die Magnetschienenbremse 10 gewartet werden soll. Der Hochlagesollwert wird beispielsweise festgelegt, indem nach der Erstinstallation und/oder nach jeder erfolgten War- tung jeweils die Messangabe MA erfasst, beispielsweise der Phasenmesswert V gemessen, und die Messangabe MA, also bei- spielsweise der gemessene Phasenmesswert, als Hochlagesoll- wert abgespeichert wird.
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung 342 ein Aufschieferungssignal Si erzeugt, wenn der Phasenmesswert V den Hochlagesollwert abzüglich des Hochlagetoleranzmaßes unterschreitet, und/oder ein Ver- schleißsignal Sv erzeugt, wenn der Phasenmesswert V den Hoch- lagesollwert zuzüglich des Hochlagetoleranzmaßes überschrei- tet.
Im Übrigen kann die Auswerteinrichtung 342 ein Störungswarn- signal Sst erzeugen, wenn - beispielsweise von dem bereits erwähnten Stellungssensor - ein Absenksignal ABS vorliegt, wonach sich die Magnetschienenbremse 10 im abgesenkten Zu- stand, also auf der Schiene 20, befinden sollte, aber weder das Aufliegesignal Sa noch das Warnsignal W vorliegt. Ein solches Störungswarnsignal Sst kann signalisieren, dass die Magnetschienenbremse 10 trotz des Vorliegens des Absenksig- nals ABS wohl entweder nicht auf der Schiene 20 aufsitzt oder aber die Kontrolleinrichtung 34 gestört ist.
Im Übrigen kann die Auswerteinrichtung 342 ein eigenes Hoch- lagesignal SH erzeugen, beispielsweise wenn die oben erläu- terten Messangaben MA weder die Erzeugung des Aufliegesignals Sa noch des Warnsignals W ermöglichen bzw. das Wechselstrom- verhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung einen magneti- schen Fluss unterhalb einer Mindestflussschwelle anzeigt.
Bei den obigen Erläuterungen wurde beispielhaft davon ausge- gangen, dass die Wechselquelle (hier die Wechselspannungs- quelle 341) eine einzige Wechselfrequenz erzeugt; alternativ kann die Wechselquelle auch mehr als eine Frequenz erzeugen, also beispielweise ein Frequenzspektrum, bei dem vorzugsweise zumindest eine der Frequenzen im Bereich zwischen 10 und 40 Hz liegt. Die obigen Schritte zum Erzeugen der Messangaben MA und der Signale, wie beispielsweise dem Aufliegesignal Sa, dem Warnsignal W, dem Aufschieferungssignal Si, dem Wartungs- signal Sw, dem Verschleißsignal Sv und dem Störungswarnsignal Sst, werden im Falle zweier oder mehr Frequenzen vorzugsweise für zumindest eine der Frequenzen, besonders bevorzugt für jede der Frequenzen, durchgeführt.
Im Falle zweier oder mehr Wechselfrequenzen kann eine Analyse der Messsignale beispielsweise eine Fouriertransformation einschließen, um eine frequenzindividuelle Signalauswertung in einfacher und schneller Weise zu ermöglichen.
Die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 sind nur beispielhaft zu verstehen; sie sollen primär dem allgemeinen Verständnis dienen. Konkret soll lediglich beispielhaft erläutert werden, wie auf der Basis von Messer- gebnissen, die das Wechselstromverhalten der Magnetfelderzeu- gungseinrichtung beschreiben, die Magnetschienenbremse 10 be- treffende Messangabe MA gebildet werden können. In diesem Sinne ist auch das oben herangezogene physikalische Modell, wonach sich die Magnetschienenbremse 10 gemäß Figur 1 zumin- dest näherungsweise durch eine Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands R und einer Induktivität L beschreiben lassen kann gemäß
Z = R + j 2 % f L, nur erläuternd beispielhaft zu verstehen. Im Falle, dass die- ses physikalische Modell in der Praxis für bestimmte Brems- konfigurationen unzureichend ist und keine ausreichend genau- en Ergebnisse liefert, wären geeignete Anpassungen und Ergän- zungen des physikalischen Modells vorzunehmen, indem bei- spielsweise Modellparameter ergänzt und die Parameterwerte im Rahmen von Fit- oder Approximationsverfahren geschätzt wer- den, beispielsweise durch Vergleich tatsächlicher Messergeb- nisse mit modellbezogenen Simulationsergebnissen.
Alternativ oder zusätzlich können die Messangaben MA und auf diesen basierende Signale allein auf der Basis von abgespei- cherten Vergleichswerten erzeugt werden, die im Ausgangszu- stand nach der Erstinstallation der Magnetschienenbremse 10 oder nach einer Wartung gemessen und abgespeichert worden sind. So können beispielsweise Messergebnisse, die das Wech- selstromverhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung be- schreiben (wie beispielsweise der Phasenmesswert V), jeweils für die Hochlagestellung und die Auflagestellung (Tieflage- stellung) gemessen und abgespeichert werden. Durch Vergleich der abgespeicherten Messergebnisse mit aktuellen Messergeb- nissen kann beispielsweise festgestellt werden, ob die Mag- netschienenbremse 10 die Hochlagestellung oder die Auflage- stellung einnimmt und es kann eine korrespondierende Messan- gabe MA und ein entsprechendes Aufliegesignal Sa oder Hochla- gesignal SH erzeugt werden.
Auch können durch Vergleich der abgespeicherten Messergebnis- se mit aktuellen Messergebnissen die anderen oben erläuterten Messangaben MA und die anderen oben beschriebenen Signale, wie beispielsweise das Warnsignal W, das Aufschieferungssig- nal Si, das Wartungssignal Sw, das Verschleißsignal Sv und das Störungswarnsignal Sst gebildet werden; die obigen Aus- führungen gelten diesbezüglich entsprechend.
Das Wechselstromverhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung kann während des normalen Betriebs der Magnetschienenbremse, also beispielsweise bei eingeschaltetem Gleichstrom, oder im ausgeschalteten Zustand, also beispielsweise bei ausgeschal- tetem Gleichstrom, erfasst werden, um die oben beschriebenen Messangaben und Signale zur erzeugen.
Die obigen Ausführungsbeispiele können einzelne, mehrere oder alle der nachfolgend stichpunktartig aufgeführten Merkmale und Vorteile aufweisen:
- Die Magnetspule (n) können mit einer Messspannung beauf- schlagt werden und es kann eine Messung von Wechselstrom- größen erfolgen. Die Messung der Wechselstromeigenschaften kann Informationen zur Position und zum Zustand der Mag- netschienenbremse liefern.
- Die Magnetschienenbremse kann zwei Bremsmagnete aufweisen oder aus solchen bestehen. Jeder Bremsmagnet kann als In- duktivität mit Eisenkern und Spalt betrachtet werden. Da- her kann der Zustand des Magneten mit Mitteln der klassi- schen Wechselstrommesstechnik beurteilt werden. Jede Ände- rung am Zustand des Eisenkerns führt zu Änderungen im An- sprechverhalten auf eine Wechselstrombeaufschlagung und kann damit sehr genau erfasst werden. Der Zustand eines neuwertigen Bremsmagneten in der Hochlage kann dabei als Referenzpunkt betrachtet werden. Wenn die Bremse nun auf- setzt, wird der Luftspalt geschlossen und das Wechsel- stromverhalten der Bremse erheblich geändert. Eine Messung der Wechselstromeigenschaften kann optimalerweise vor Fahrtantritt bei stehendem Fahrzeug durchgeführt werden. Dabei sind, da Vibrationen und sonstige Störeinflüsse mi- nimal sind, die besten Ergebnisse zu erwarten.
- Aufschieferungen schließen ebenfalls den Luftspalt, aber langsam und nicht vollständig. Sie können damit über einen Langzeitvergleich erkannt werden. - Durch Verschleiß wird Material abgetragen, was ebenfalls zu einer Änderung des Eisenkerns und damit des Wechsel- stromverhaltens führt. Auch hier kann eine Langzeitüberwa- chung durchgeführt werden.
- Als Erweiterung ist es denkbar, auch während des Absenk- vorgangs zu messen und dabei das Aufsetzen auf die Schiene zu erkennen. Dieses bietet eine hohe Sicherheit, da zwi- schen Annäherung an die Schiene und dem Aufsetzten auf dieselbe besser unterschieden werden kann.
- Als Erweiterung ist eine Messung des Wechselstromverhal- tens bei eingeschalteter Bremse denkbar. Dazu kann die herkömmliche Schalttechnik durch eine quasianaloge Endstu- fe ersetzt werden, welche den Messstrom aufmoduliert.
- Eine technische Verbesserung kann darin liegen, die Wech- selstrommessungen per Fouriertransformation in den Fre- quenzbereich zu übertragen. Dadurch wird die Messung von einigen Wechselstromeigenschaften vereinfacht.
- Das beschriebene Verfahren kann die Diagnose zur Hochla- generkennung um die Information ergänzen, ob die Magnet- schienenbremse auch bis zur Schienenoberkante abgesenkt worden ist. Das Verfahren kann die Möglichkeit der Erken- nung von Aufschieferungen bieten und somit eine Aussage zur Bremskraft der Magnetschienenbremse liefern.
- Das Verfahren kann eine Erkennung des Verschleißzustandes der Polschuhe und Endglieder bieten, zumindest die Zustän- de Neu und Verschlissen.
- Neben der Diagnose im Rahmen der Bremsprobe kann das Ver- fahren die Möglichkeit bieten, die Diagnose dynamisch, al- so auch während der Fahrt bzw. während der Bremsung durch- zuführen. Die Diagnose zur Aufsetzerkennung sowie zur Auf- schieferungs- und Verschleißerkennung kann ohne zusätzli- che Sensorik erfolgen.
- Die typischerweise zu verwendende Messtechnik kann ohne weiteren Aufwand die Messung des Innenwiderstandes der Bremse ermöglichen und kann damit zur Aufdeckung von Feh- lern auf elektrischer Seite herangezogen werden. Wenn eine Messtechnik verwendet wird, die auch im einge- schalteten Zustand messen kann, können weitere Schalt- und Löschglieder für die Magnetschienenbremsen entfallen. Abschließend sei erwähnt, dass die Merkmale aller oben be- schriebenen Ausführungsbeispiele untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, um weitere andere Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung zu bilden. Auch können alle Merkmale von Unteransprüchen jeweils für sich mit jedem der nebengeordneten Ansprüche kombiniert werden, und zwar jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination mit einem oder anderen Unteransprüchen, um weitere andere Ausführungsbei- spiele zu erhalten.
Bezugszeichenliste
10 Magnetschienenbremse
11 magnetisierbarer Kern
11a Polschuh
11b Polschuh
12 Magnetfelderzeugungseinrichtung (Spule)
20 Schiene
30 Steuereinrichtung
31 Schalter
32 Aktivierungseinrichtung
33 Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle
34 Kontrolleinrichtung
341 Wechselquelle
342 Auswerteinrichtung
343 Spannungsmesseinrichtung
344 Strommesseinrichtung
Al elektrischer Anschluss
A2 elektrischer Anschluss
ABS Absenksignal
Bg magnetischer Fluss
Bw Wechselfluss
HLS Hochlagestellungssignal
Ig Gleichstrom
Im Strommesswert
Iw Wechselstrom
MA Messangabe
Sa Aufliegesignal
SH Hochlagesignal
Si Aufschieferungssignal
Sst Störungswarnsignal
Sv Verschleißsignal
Sw Wartungssignal t Zeit
Us Spulenspannung
Uw Wechselspannung
Uwm Spannungsmesswert V Phasenmesswert
W Warnsignal

Claims

Patentansprüche
1. Kontrolleinrichtung (34) zum Überwachen der Funktion einer Magnetschienenbremse (10), die zumindest eine Magnetfelder- zeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines Magnetfeldes um- fasst und derart ausgestaltet ist, dass sie im aktiven Brems- betrieb auf einer streckenseitigen Schiene (20) aufliegt und im inaktiven Zustand angehoben und von der Schiene (20) ge- trennt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kontrolleinrichtung (34) umfasst:
- eine Wechselquelle (341) zum Erzeugen eines Wechselstroms (Iw) durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) oder zumindest eines Wechselstromanteils in einem durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) fließenden Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes und
- eine Auswerteinrichtung (342), die dazu ausgestaltet ist, auf der Basis von Messergebnissen, die das Wechselstrom- verhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) be- schreiben, zumindest eine die Magnetschienenbremse (10) betreffende Messangabe (MA) zu bilden.
2. Kontrolleinrichtung (34) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kontrolleinrichtung (34) eine Spannungsmesseinrichtung (343) zum Messen einer an der Magnetschienenbremse (10), der Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) oder der Wechsel- quelle (341) anliegenden Spannung und eine Strommessein- richtung (344) zum Messen des durch die Magnetfelderzeu- gungseinrichtung (12) fließenden Stromes umfasst und
- die Auswerteinrichtung (342) dazu ausgestaltet ist, auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmess- einrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) ge- liefert werden, die zumindest eine Messangabe (MA) zu bil- den .
3. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie ein ein Aufliegen der Magnetschienenbremse (10) auf der Schiene (20) anzeigendes Aufliegesignal (Sa) in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe (MA) eine Aufsitzbedingung erfüllt.
4. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche 2 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmess- einrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) gelie- fert werden, einen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung angebenden Phasenmesswert (V) bildet, wobei der Pha- senmesswert (V) die zumindest eine Messangabe (MA) oder eine der Messangaben (MA) bildet, und das Aufliegesignal (Sa) er- zeugt, wenn der Phasenmesswert (V) einen vorgegebenen Phasen- verschiebungsschwellenwert erreicht oder überschreitet.
5. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis von Messergebnissen, die von der Spannungsmess- einrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) gelie- fert werden, einen eine Impedanz der Magnetfelderzeugungsein- richtung (12) beschreibenden Impedanzzeiger bildet, wobei der Betrag des Impedanzzeigers die zumindest eine Messangabe (MA) oder eine der Messangaben (MA) bildet, und das Aufliegesignal (Sa) erzeugt, wenn der Betrag des Impedanzzeigers einen vor- gegebenen Impedanzbetragsschwellenwert erreicht oder über- schreitet .
6. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis der von der Spannungsmesseinrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) gelieferten Messergebnisse ei- nen eine Impedanz der Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) beschreibenden Impedanzzeiger bildet, wobei der Phasenwinkel des Impedanzzeigers die zumindest eine Messangabe (MA) oder eine der Messangaben (MA) bildet, und das Aufliegesignal (Sa) erzeugt, wenn der Phasenwinkel des Impedanzzeigers einen vor- gegebenen Winkelschwellenwert erreicht oder überschreitet.
7. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messergebnisse der Spannungsmesseinrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) Effektiv- oder Scheitelwerte des Stroms bzw. der Spannung angeben und die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie das Aufliegesignal (Sa) erzeugt, wenn
- ein die zumindest eine Messangabe (MA) bildender Quotient zwischen dem Effektiv- oder Scheitelwert der Spannung und dem Effektiv- oder Scheitelwert des Stroms einen vorgege- benen Widerstandsschwellenwert erreicht oder überschrei- tet, und/oder
- ein die zumindest eine Messangabe (MA) bildender Quotient zwischen dem Effektiv- oder Scheitelwert des Stroms und dem Effektiv- oder Scheitelwert der Spannung einen vorge- gebenen Leitwertschwellenwert erreicht oder unterschrei- tet.
8. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) eine Fouriertransformationsein- richtung umfasst und derart ausgestaltet ist, dass sie den zeitlichen Verlauf von Strom- und Spannungsmesswerten der Spannungsmesseinrichtung (343) und der Strommesseinrichtung (344) einer Fouriertransformation unter Bildung eines Spekt- rums unterzieht und das Aufliegesignal (Sa) in Abhängigkeit von dem Spektrum erzeugt.
9. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Wechselquelle (341) eine Wechselstromquelle oder Wech- selspannungsquelle ist oder aufweist, die einen Wechsel- strom (Iw) in die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) einspeist, und/oder
- die Wechselquelle (341) eine Modulationseinrichtung ist oder aufweist, die die Amplitude des durch die Magnet- felderzeugungseinrichtung (12) fließenden Stroms im zeit- lichen Verlauf unter Bildung des Wechselstromes oder Wech- selstromanteils moduliert.
10. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Wechselstrom (Iw) oder Wechselstromanteil im zeitli- chen Verlauf sinusförmig ist oder
- der Wechselstrom (Iw) oder Wechselstromanteil im Frequenz- spektrum zwei oder mehr Frequenzen aufweist.
11. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Frequenz oder zumindest eine der Frequenzen des Wechsel- stroms (Iw) oder des Wechselstromanteils im Frequenzbereich zwischen 10 und 40 Hz liegt.
12. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie ein Aufschieferungssignal (Si), das anzeigt, dass sich an der Schnittstelle zur Schiene (20) auf der Magnetschienenbremse (10) Ablagerungen befinden, in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe (MA) eine Aufschieferungsbedin- gung erfüllt.
13. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie ein Verschleißsignal (Sv), das den Verschleißzustand von Polschuhen (11a, 11b) und Endgliedern der Magnetschie- nenbremse (10) anzeigt, in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die zumindest eine Messangabe (MA) eine Verschleißbedin- gung erfüllt, und/oder
- die Auswerteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Hochlagesignal erzeugt, wenn die zumindest eine Messangabe eine Hochlagebedingung erfüllt.
14. Kontrolleinrichtung (34) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteinrichtung (342) derart ausgebildet ist, dass sie ein Störungswarnsignal (Sst), das anzeigt, dass die Funktion der Magnetschienenbremse (10) gestört ist, erzeugt, wenn - obwohl ein Absenksignal (ABS) vorliegt, wonach die Magnet- schienenbremse (10) auf der Schiene (20) aufliegen sollte - die zumindest eine Messangabe (MA) die Erfüllung einer vorge- gebenen Störbedingung anzeigt.
15. Verfahren zum Überwachen der Funktion einer Magnetschie- nenbremse (10), die zumindest eine Magnetfelderzeugungsein- richtung (12) zum Erzeugen eines Magnetfeldes umfasst, wobei die Magnetschienenbremse (10) derart ausgestaltet ist, dass sie im aktiven störungsfreien Bremsbetrieb auf einer stre- ckenseitigen Schiene (20) aufliegt ist und im inaktiven Zu- stand angehoben und von der Schiene (20) getrennt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- ein Strom in Form eines Wechselstroms (Iw) oder zumindest ein Strom mit Wechselstromanteil zum Erzeugen eines magne- tischen Wechselfeldes in die Magnetfelderzeugungseinrich- tung (12) eingespeist wird und
- auf der Basis von Messergebnissen, die das Wechselstrom- verhalten der Magnetfelderzeugungseinrichtung (12) be- schreiben, zumindest eine die Magnetschienenbremse (10) betreffende Messangabe (MA) gebildet wird.
EP22821878.0A 2021-11-22 2022-11-21 Kontrolleinrichtung für eine magnetschienenbremse Pending EP4419406A1 (de)

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