DE202007009724U1 - Halbleiterschaltglied zum Betrieb von Magnetschienenbremsen - Google Patents

Abstract

Halbleiterschaltglied zum Betrieb von Magnetschienenbremsen dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des elektrischen Stroms in der Schienenbremse durch Verwendung eines oder mehrerer Leistungshalbleiter, hauptsächlich MOSFET, und eines Steuermoduls, welches ein geeignetes Modulationssignal zur Ansteuerung der Halbleiter erzeugt, einstellbar ist.

Description

• Magnetschienenbremsen werden in fast allen Schienenfahrzeugen als Notbremsen eingesetzt. Bei Bedarf werden sie mit elektromagnetischen Relais eingeschaltet und bei oder kurz vor Stillstand des Fahrzeugs wieder abgeschaltet. Eine Schienenbremse erzeugt ein Magnetfeld, welches sich ausbreitet und eine starke, anziehende Kraft zwischen Schienenbremse und Schienenkopf bewirkt. Dadurch wird die Bremse, welche im allgemeinen federnd aufgehängt ist, auf die Schiene gezogen und erzeugt durch Reibung eine hohe Bremswirkung.
• Da sich die auf Reibung beruhende Bremswirkung der Schienenbremse bei langsamer werdendem Fahrzeug erhöht, wird die Verzögerung gegen Ende des Bremsvorgangs größer und kann die maximal zulässigen Werte überschreiten. Dadurch entsteht für Fahrgäste und Personal die Gefahr von Verletzungen.
• Magnetschienenbremsen sind aus elektrischer Sicht große Spulen mit Eisenkern und stellen damit hohe Anforderungen an die Schaltglieder, mit denen sie betätigt werden. Durch die hohe Strombelastung und den beim Abschalten entstehenden Funken haben die bisher verwendeten Relais nur eine geringe Lebensdauer.
• Der im Schutzanspruch 1 geschilderten Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch die Verwendung einer Halbleiterschaltung die Steuerung der Bremswirkung der Bremse zu ermöglichen, um das Verletzungsrisiko bei Notbremsungen zu minimieren, indem bei sinkender Fahrgeschwindigkeit die Bremswirkung der Schienenbremsen verringert wird. Ferner soll durch die Vermeidung von Relais die Lebensdauer des Schaltgliedes erhöht werden.
• Durch die in der Erfindung verwendete Halbleiterschaltung zur Erzeugung verschiedener Stromstärken wird erreicht, daß durch die Ansteuerung von außen zu jeder Zeit auf die Bestromung und damit Bremswirkung der Magnetschienenbremse Einfluß genommen werden kann. Dadurch kann durch eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung die Einhaltung der vorgeschriebenen Verzögerungswerte auch bei geringen Geschwindigkeiten erreicht werden.
• Da durch die Verwendung von richtig dimensionierten Halbleitern kein Löschfunke beim Abschalten der Bremse entsteht, hat das Halbleiterschaltglied eine höhere zu erwartende Lebensdauer als elektromagnetische Schalter.
• Eine vorteilhafte Erweiterung ist mit Schutzanspruch 2 gegeben.
• Da die Schienenbremsen normalerweise direkt an die Batterien des Fahrzeugs geschaltet werden, ist ihre Bremswirkung – zusätzlich zu allen anderen Einflüssen, wie Zustand der Schiene, Feuchtigkeit – stark vom Ladezustand dieser Batterien abhängig.
• Durch die Möglichkeit, den Strom in der Schienenbremse nicht nur zu ändern, sondern auch zu regeln, kann der Einfluß der Betriebsspannung auf die Bremswirkung minimiert oder, bei richtiger Auslegung der Bremse, eliminiert werden.
• In 1 ist ein prinzipieller Schaltplan einer solchen Schaltung gezeichnet. Die Schienenbremse 1 wird durch den Transistor 3 geschaltet. Dieses erfolgt, wie in der grundlegenden Erfindung in Schutzanspruch 1, indem der Transistor durch ein geeignetes Muster relativ schnell ein- und ausgeschaltet und der Strom durch die Induktivität der Magnetspule geglättet wird. Die Unterdrückung des Löschfunkens übernimmt die Diode 4. Der Shunt 5 dient zur Messung des Stromes in der Schienenbremse. Durch die Einbeziehung des Shunts in den Löschkreis kann der Strom bei ein- und ausgeschaltetem Transistor 3 gemessen werden. Das Steuermodul 2 ist damit in der Lage, den Strom genau zu erfassen und durch Veränderung des Schaltmusters des Transistors, selbstständig auf den Ist-Strom in der Schienenbremse einzuwirken. Durch die Steuerleitungen 6 kann ein Sollwert vorgegeben werden.
• Durch die Messung des Stroms bietet sich eine weitere günstige Erweiterung, die in Schutzanspruch 3 dargelegt ist.
• Bei der bisherigen Ansteuerung der Schienenbremsen mit elektromechanischen Relais gibt es keine Rückmeldung, ob die Schienenbremsen tatsächlich eingeschaltet und auf der Schiene aufgesetzt sind. D.h. es gibt keine direkte Möglichkeit für die Fahrzeugsteuerung oder den Fahrer zu erkennen, ob die Notbremsen tatsächlich funktionieren. Durch die Messung des Stromes und eine geeignete Auswertung kann dieses erledigt werden.
• Das Magnetfeld der Schienenbremse ändert sich, während die Bremse sich an den Schienenkopf annähert und aufsetzt, da der Kopf der Schiene in das Magnetfeld eindringt. Dadurch ergibt sich eine Änderung im Strom durch die Schienenbremse.
• Durch den in 1 beschriebenen Aufbau kann diese erkannt und durch Steuerleitungen 7 nach außen gemeldet werden. Dadurch ist eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung in der Lage, auf nicht funktionierende Bremsen zu reagieren.

Claims (3)

1. Halbleiterschaltglied zum Betrieb von Magnetschienenbremsen dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des elektrischen Stroms in der Schienenbremse durch Verwendung eines oder mehrerer Leistungshalbleiter, hauptsächlich MOSFET, und eines Steuermoduls, welches ein geeignetes Modulationssignal zur Ansteuerung der Halbleiter erzeugt, einstellbar ist.
2. Halbleiterschaltglied nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des fließenden Stroms ein Shunt in Serienschaltung zur Schienenbremse verwendet und der Strom durch das Steuermodul ausgeregelt wird. Die Schaltung der Endstufe ist durch Serienschaltung von Transistor, Last und Shunt gekennzeichnet, wobei die Funken-Löscheinrichtung vorzugsweise eine Diode, parallel zu Last und Shunt geschaltet ist.
3. Halbleiterschaltglied nach Schutzanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auswertestufe, bestehend aus einem Mikrokontroller, die Veränderung des Betriebsstroms beim Absenken und Angreifen der Schienenbremse auf dem Schienenkopf ausgewertet und als Positionsmeldung ausgegeben wird.