DE20219804U1 - Vorrichtung zum Überprüfen von Wirbelstrombremsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen.

Das Prinzip der Wirbelstrombremse ist in der Technik seit langem bekannt. Hierbei werden durch die Wirkung eines Magnetfeldes, das ein Reaktionspartner A aussendet, Wirbelströme in einem Reaktionspartner B erzeugt, welche wiederum gemäss dem physikalischen Gesetz der Induktion eine der Relativbewegung zwischen den beiden Reaktionspartnern A und B entgegengesetzte Kraft erzeugt.
Mit der aktuellen Generation „ICE 3" der Hochgeschwindigkeitszüge der Deutschen Bahn AG kommt eine derartige Bremseinrichtung in Form einer linearen Wirbelstrombremse - bestehend aus in Schienenlängsrichtung angeordneten Polpaaren - erstmals in der Schienenfahrzeugtechnik zum serienmässigen Betriebseinsatz. Die Polspulen der Wirbelstrom-Magnete sind alternierend geschaltet, so dass in Schienenlängsrichtung ein Magnetfeld mit abwechselnden Nord- und Südpolen erzeugt wird. Die in der Schiene induzierten Wirbelströme üben somit eine Bremskraft auf das Schienenfahrzeug aus. Eine derartige Wirbelstrombremsvorrichtung ist am Fahrzeug wie eine Magnetschienenbremse angebracht, jedoch stützt sie sich an den Radlagern des Fahrzeuges derart ab, dass in der Tieflage - die zugleich auch die Arbeitsstellung der Wirbelstrombremse darstellt - ein Luftspalt von circa 7 mm zwischen den Magnetpolen und der Schienenkopf-Oberfläche verbleibt. Durch spezielle Führungen in Schienenquerrichtung werden die Magnetpole auch bei hohen Anzugskräften mittig über der Schiene zentriert. Damit verfügen diese Züge über ein haftwertunabhängiges Bremssystem, das ein Abbremsen aus Betriebsgeschwindigkeiten von 330 km/h auch bei Ausfall der generatorischen Bremse ohne Überbeanspruchung der ebenfalls im Zug vorhandenen pneumatischen Scheibenbremsen ermöglicht. Insgesamt erwartet man sich eine deutliche Verschleissminderung an den Scheibenbremsen.

Allerdings ist der Einsatz derartiger Wirbelstrombremsen nicht ganz unproblematisch, da weitere, unerwünschte Wechselwirkungen mit anderen Bestandteilen des Fahrweges auftreten. Die Brems- und Anzugskräfte der Wirbelstrom-Bremsmagnete belasten den Gleis-Oberbau mechanisch; die Induktion der Wirbelströme verursacht eine Temperaturerhöhung in den Schienen. Wird ein Gleisabschnitt in zeitlich kurzer Folge von jeweils mittels Wirbelstrombremsung abbremsenden Zügen befahren, so können die aus den thermischen Belastungen resultierenden Spannungen in der Schiene so gross werden, dass sie in Form von Querverschiebungen des Gleisrostes abgebaut werden.

Längenänderungen (Dilatation, Kontraktion) sind beim lückenlos verschweissten Gleis nur in sehr begrenztem Maße möglich. Regelmässige Betriebsbremsungen mittels Wir-

belstrombremsen dürfen deshalb nur auf Strecken durchgeführt werden, deren Oberbauform einen ausreichend gross dimensionierten Querverschiebe-Widerstand aufweist.

Bei in Gleisnähe montierten Einrichtungen der Leit- und Sicherungstechnik kann es durch die Wirbelstrombremsen ebenfalls zu elektromagnetisch induzierten Störungen kommen. Die Magnetpole der Wirbelstrombremse weisen zwar Gleichfelder auf; während der Vorbeifahrt eines Zuges üben diese mit alternierenden Feldrichtungen geschalteten Magnetfelder jedoch auf Spulenkörper stationärer Signaleinrichtungen im Gleisbereich eine Beeinflussung in Form magnetischer Wechselfelder aus. Ebenso übt die Sendevorrichtung einer stationären Signaleinrichtung Wechselfelder auf die Wirbelstrombremse aus. Die Wirbelstrombremse wiederum reflektiert diese Beeinflussung auf die Empfangsvorrichtung der stationären Signaleinrichtung. Zur Vermeidung derartiger gegenseitiger Störungen sind vor die Magnetpole der Wirbelstrombremse Drosseln geschaltet, die die in die Polwicklungen eingekoppelten Ströme begrenzen sollen.

Dennoch gibt es in der betrieblichen Praxis immer wieder Probleme und Störungen. Als besonders kritisch hat sich die unbestromte Tieflage der Wirbelstrommagnete erwiesen, wie sie beispielsweise auftritt, wenn nach einer erfolgten Wirbelstrom-Bremsung noch keine erneute Zugkraft-Aufschaltung vorgenommen wurde. In den Empfängern von Achszählern kann es dadurch zu eingekoppelten Anhebungen des Empfangspegels kommen, die der Einkopplungscharakteristik von Fahrzeugrädern mit kleinen Massen (z.B. Räder der Tragwagen für die „Rollende Landstrasse") entsprechen. Somit kommt es zu Fehlzählungen und signaltechnischen Störungen an der Strecke. Die Drosseln der Wirbelstrombremse bieten keine ausreichende Absicherung gegen derartige Störungen, da sie im Bereich der bei Achszählern üblichen Frequenz von 43 kHz eine zu geringe Impedanz aufweisen.

Derartige Störungen treten bevorzugt dann auf, wenn mechanische Fertigungs- oder Bauteiltoleranzen, betriebsbedingte Beschädigungen, Aufschweissungen oder Windungsschlüsse (interne Kurzschlüsse) an den Magnetpolen vorliegen. Ebenso können fehlerhafte elektrische Beschaltungszustände am Fahrzeug unzulässige Pegelerhöhungen an den Empfangsspulen der Achszähler hervorrufen. Deshalb ist eine regelmässige Überprüfung der Wirbelstombremse erforderlich.

Hierzu wurde bislang im Gleisbereich der Instandhaltungs- bzw. Wartungsanlagen für die mit Wirbelstrombremse ausgerüsteten Züge ein Achszähler der betroffenen Bauart fest installiert. Der zu überprüfende Zug wird an diesen Achszähler herangefahren. Die Magnetpole der Wirbelstrombremse werden abgesenkt und stromlos geschaltet. An-

schliessend überfährt der Zug mit in derartiger Weise verriegelter Wirbelstrombremse den stationär installierten Achszähler, an dem dann eventuelle unzulässige Beeinflussungen detektiert werden. Diese Vorgehensweise ist mit zahlreichen Nachteilen behaftet. Aus Kostengründen können die für die Prüfung benötigten Achszähler nur an wenigen, definierten Orten installiert werden. Das Zu- und Abführen der zu überprüfenden Fahrzeuge zu diesen Installationen erfordert Personalaufwand und betriebliche Einschränkungen, da die Fahrzeuge aus ihren betrieblichen Umlaufplänen ausgegliedert und dann wieder in einen neuen Umlaufplan integriert werden müssen. Ebenso ist die Durchführung des Prüfungsvorganges an sich sehr aufwendig, da die Fahrzeuge vor Beginn der Prüfung aufgerüstet werden müssen sowie am Fahrzeug zusätzliche, aufwendige manuelle Vorbereitungshandlungen erforderlich sind, die nicht vom Führerstand aus, sondern separat an jedem einzelnen Fahrzeug vom Gleis aus durchzuführen sind. Bei einem Triebzug müssen diese Handlungen an einer Vielzahl von über die gesamte Zuglänge verteilten Wirbelstrommagneten vorgenommen werden. Erschwerend kommt hinzu, dass zum Bewegen des Fahrzeuges ein ausgebildeter Triebfahrzeugführer zur Verfügung stehen muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen zu entwickeln, die ohne Bedienhandlungen am zu überprüfenden Fahrzeug zum Einsatz gebracht werden kann. Insbesondere ist ein Bewegen der Fahrzeuge zu vermeiden. Die Vorrichtung soll räumlich mobil und im Rahmen der üblichen Stillstandsphasen der Fahrzeuge einsetzbar sein. Dabei ist die Vorrichtung so auszulegen, dass für alle notwendigen Handlungen eine Bedienperson ausreichend ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als T-förmiges Profil aus einem magnetisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist, wobei an dessen vertikalem Profilsteg jeweils eine elektromagnetische Sende- und eine elektromagnetische Empfangsspule sowie auf dessen horizontalem Profilkopf eine gegenüber den Polkernen der Wirbelstrombremse isolierende Schicht angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, die Prüfung der Wirbelstrombremse an einem abgestellten Fahrzeug durchzuführen, ohne dass die Magnetpole in Tieflage abgesenkt oder das Fahrzeug in Bewegung versetzt werden müsste.

Die Unteransprüche geben weitere nützliche Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung an. Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemässe Vorrichtung unter

Verwendung eines vorhandenen Achszählers aufzubauen. Ebenso gibt es verschiedene Möglichkeiten, die notwendige Isolierung der Magnetpole der Wirbelstrombremse gegenüber dem magnetisch leitenden Profilkopf der erfindungsgemässen Vorrichtung zu realisieren. Als besonders zweckmässig hat sich die Verwendung eines bevorzugt rechtwinkligen Isolierelementes aus Kunststoff erwiesen, das in vorteilhafter Weise für den Bediener der Prüfvorrichtung als horizontaler und vertikaler Führungsanschlag dienen kann.

Der Erfindungsgedanke wird in nachfolgendem Ausführungsbeispiel visualisiert. Es zeigt in Prinzipdarstellung

Figur 1 Aufbau der Prüfvorrichtung

Die Vorrichtung besteht aus einem T-förmigen Stahlprofil, das aus einem vertikalen Steg (4) - dessen Dicke in etwa der Dicke eines Schienensteges entspricht - sowie einem horizontal orientiertem Profilkopf (5) besteht, und an das ein an sich bekannter Achszählpunkt ZP43E angebaut ist. Der Achszählpunkt umfasst im wesentlichen eine Sende- (6) sowie eine Empfangsspule (7). Auf dem Profilkopf (5) ist ein rechtwinkliges Isolierelement (2) aus Kunststoff aufgeklebt. In Schienenlängsrichtung ist die Vorrichtung derart dimensioniert, dass sie im wesentlichen zwei Magnetpole (bzw. ein Polpaar) abdeckt. Eine angeschlossene Messvorrichtung registriert die gleichgerichtete Spannung der Empfangsspule (7) des Achszählpunktes.

Bei der Durchführung der Prüfung legt der Gerätebediener die erfindungsgemässe Vorrichtung an die Magnetpole der Wirbelstrombremse an, wobei das winkelförmige Isolierelement mit seiner horizontal orientierten Fläche auf der Unterseite der Magnetpole anliegt sowie mit seiner vertikal orientierten Fläche an der nach Gleissaussen zeigenden Flanke der Joche anliegt. Die Wirbelstrombremse selbst befindet sich in der bei abgestellten Fahrzeugen üblichen stromlosen Hochlage und bedarf für die Prüfung keinerlei besonderen Vorbereitung. Die Messvorrichtung wird linear an der Unterseite der Magnetpole über die gesamte Länge des Wirbelstrom-Magneten in Schienenlängsrichtung entlanggeschoben. Die Relativgeschwindigkeit zwischen den Magnetpolen und der Prüfvorrichtung übt hierbei keinen Einfluss auf das Prüfergebnis aus.

Durch eine einmalige Kalibrierung der Auswerteelektronik vor der erstmaligen Inbetriebnahme der Prüfvorrichtung werden die Einflüsse auf die detektierte Pegeländerung, die aus den gegenüber den originalen Verhältnissen abweichenden Geometrien resultieren, eliminiert.

Anstelle eines handelsüblichen Achszählpunktes kann die Vorrichtung natürlich auch mit einem beliebigen Sende- und Empfangsspulen-Paar aufgebaut werden. In diesem Fall ist lediglich zu beachten, dass die Abmessung der Empfangsspule in Schienenlängsachse die Länge eines Magnetpolpaares der Wirbelstrombremse abdecken muss. Ebenso muss die Spulenorientierung mit der beim Achszählpunkt ausgeführten Orientierung übereinstimmen.

Bezugszeichenliste:

1 Magnetpol Wirbelstrombremse

2 Isolierelement

3 Stromversorgung, Auswerteelektronik, Messwertanzeige

4 T-förmiges Stahlprofil, Profilsteg

5 T-förmiges Stahlprofil, Profilkopf

6 Sendespule

7 Empfangsspule

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung als T-förmiges Profil aus einem magnetisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist,
wobei an dessen vertikalem Profilsteg (4) jeweils eine elektromagnetische Sende- (6) und eine elektromagnetische Empfangsspule (7) sowie auf dessen horizontalem Profilkopf (5) eine gegenüber den Polkernen (1) der Wirbelstrombremse isolierende Schicht (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Vorrichtung in Schienenlängsrichtung ein Magnetpolpaar der Wirbelstrombremse abdeckt.

3. Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Spulenabstand und Spulenorientierung der Sende- (6) und Empfangsspule (7) entsprechend den Kenngrössen einer an sich bekannten Sende-/Empfangseinheit eines Achszählsensors ausgeführt sind.

4. Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die solierende Schicht (2) zwischen dem Profilkopf (5) und den Polkernen (1) der Wirbelstrombremse als ein bevorzugt winkelförmiges Isolierelement aus Kunststoff ausgeführt ist.

5. Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die solierende Schicht (2) zwischen dem Profilkopf (5) und den Polkernen (1) der Wirbelstrombremse als ein mittels mechanischer Führungen und/oder Abstandshalter gewährleisteter Luftspalt ausgeführt ist.