DE20219804U1 - Rail vehicle linear eddy current brake test apparatus has electromagnetic transmitter and receiver coils on vertical section of T-shaped profile - Google Patents
Rail vehicle linear eddy current brake test apparatus has electromagnetic transmitter and receiver coils on vertical section of T-shaped profileInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von linearen Wirbelstrombremsen an Schienenfahrzeugen.The invention relates to a device for testing linear eddy current brakes on rail vehicles.
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.The principle of the eddy current brake has been known in technology for a long time. The effect of a magnetic field emitted by a reaction partner A generates eddy currents in a reaction partner B, which in turn generates a force that opposes the relative movement between the two reaction partners A and B according to the physical law of induction.
With the current generation of "ICE 3" high-speed trains from Deutsche Bahn AG, such a braking device in the form of a linear eddy current brake - consisting of pole pairs arranged in the longitudinal direction of the rail - is being used for the first time in series production in rail vehicle technology. The pole coils of the eddy current magnets are switched alternately so that a magnetic field with alternating north and south poles is generated in the longitudinal direction of the rail. The eddy currents induced in the rail thus exert a braking force on the rail vehicle. Such an eddy current braking device is attached to the vehicle like a magnetic rail brake, but it is supported on the wheel bearings of the vehicle in such a way that in the low position - which is also the working position of the eddy current brake - an air gap of approximately 7 mm remains between the magnetic poles and the rail head surface. Special guides in the transverse direction of the rail ensure that the magnetic poles are centered above the rail even with high attraction forces. These trains therefore have a braking system that is independent of the adhesion value, which enables braking from operating speeds of 330 km/h even if the generator brake fails, without overstressing the pneumatic disc brakes that are also present on the train. Overall, a significant reduction in wear on the disc brakes is expected.
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.However, the use of such eddy current brakes is not entirely unproblematic, as further, undesirable interactions with other components of the track can occur. The braking and attraction forces of the eddy current brake magnets place mechanical stress on the track superstructure; the induction of the eddy currents causes an increase in the temperature in the rails. If a section of track is travelled over in quick succession by trains braking using eddy current braking, the stresses in the rail resulting from the thermal stress can become so great that they are dissipated in the form of transverse displacements of the track grid.
Längenänderungen (Dilatation, Kontraktion) sind beim lückenlos verschweissten Gleis nur in sehr begrenztem Maße möglich. Regelmässige Betriebsbremsungen mittels Wir-Length changes (dilation, contraction) are only possible to a very limited extent on seamlessly welded tracks. Regular service braking using
belstrombremsen dürfen deshalb nur auf Strecken durchgeführt werden, deren Oberbauform einen ausreichend gross dimensionierten Querverschiebe-Widerstand aufweist. Electric current braking may therefore only be carried out on lines whose superstructure has a sufficiently large transverse displacement resistance.
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.In the case of control and safety technology equipment installed near the tracks, electromagnetically induced interference can also occur due to eddy current brakes. The magnetic poles of the eddy current brake do have DC fields; however, as a train passes, these magnetic fields, which are switched with alternating field directions, exert an influence on the coil bodies of stationary signaling equipment in the track area in the form of alternating magnetic fields. The transmitting device of a stationary signaling device also exerts alternating fields on the eddy current brake. The eddy current brake in turn reflects this influence on the receiving device of the stationary signaling device. To avoid such mutual interference, chokes are connected in front of the magnetic poles of the eddy current brake to limit the currents coupled into the pole windings.
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.Nevertheless, problems and faults still occur in operational practice. The low position of the eddy current magnets when not energized has proven to be particularly critical, as it occurs, for example, when eddy current braking has not yet been followed by renewed traction. This can lead to coupled increases in the reception level in the receivers of axle counters, which correspond to the coupling characteristics of vehicle wheels with small masses (e.g. wheels of the wagons for the "rolling highway"). This leads to incorrect counts and signaling faults on the track. The chokes of the eddy current brake do not offer sufficient protection against such faults, as their impedance is too low in the range of the 43 kHz frequency that is usual for axle counters.
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.Such faults tend to occur when there are mechanical manufacturing or component tolerances, operational damage, welding or short circuits between turns (internal short circuits) on the magnetic poles. Faulty electrical wiring on the vehicle can also cause unacceptable increases in the level on the receiving coils of the axle counters. This is why regular checks of the eddy current brake are necessary.
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-To this end, an axle counter of the type in question has been permanently installed in the track area of the maintenance and servicing facilities for trains equipped with eddy current brakes. The train to be checked is driven up to this axle counter. The magnetic poles of the eddy current brake are lowered and de-energized.
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.Finally, the train, with the eddy current brake locked in this way, drives over the stationary axle counter, where any impermissible influences are then detected. This procedure has numerous disadvantages. For cost reasons, the axle counters required for the test can only be installed at a few, defined locations. Bringing the vehicles to be tested to and from these installations requires personnel expenditure and operational restrictions, as the vehicles must be separated from their operational schedules and then reintegrated into a new schedule. Likewise, carrying out the test process itself is very complex, as the vehicles must be rigged before the test begins and additional, complex manual preparatory actions are required on the vehicle, which must be carried out not from the driver's cab, but separately on each individual vehicle from the track. In a multiple unit, these actions must be carried out on a large number of eddy current magnets distributed over the entire length of the train. To make matters worse, a trained train driver must be available to move the vehicle.
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.The invention is based on the object of developing a device for testing linear eddy current brakes on rail vehicles that can be used without any operator actions on the vehicle to be tested. In particular, moving the vehicles should be avoided. The device should be spatially mobile and usable during the usual standstill phases of the vehicles. The device should be designed in such a way that one operator is sufficient for all necessary actions.
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.This object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1 according to the invention in that the device is designed as a T-shaped profile made of a magnetically conductive material, with an electromagnetic transmitting coil and an electromagnetic receiving coil being arranged on the vertical profile web and a layer insulating the pole cores of the eddy current brake being arranged on the horizontal profile head. Such a device makes it possible to carry out the testing of the eddy current brake on a parked vehicle without the magnetic poles having to be lowered to a low position or the vehicle having to be set in motion.
Die Unteransprüche geben weitere nützliche Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung an. Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemässe Vorrichtung unterThe subclaims specify further useful embodiments of the device according to the invention. It is particularly advantageous to use the device according to the invention under
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.Using an existing axle counter. There are also various ways of achieving the necessary insulation of the magnetic poles of the eddy current brake from the magnetically conductive profile head of the device according to the invention. The use of a preferably rectangular insulating element made of plastic has proven to be particularly useful, as it can advantageously serve as a horizontal and vertical guide stop for the operator of the test device.
Der Erfindungsgedanke wird in nachfolgendem Ausführungsbeispiel visualisiert. Es zeigt in PrinzipdarstellungThe inventive concept is visualized in the following embodiment. It shows in principle
Figur 1 Aufbau der Prüfvorrichtung Figure 1 Structure of the test device
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.The device consists of a T-shaped steel profile, which consists of a vertical web (4) - the thickness of which corresponds approximately to the thickness of a rail web - and a horizontally oriented profile head (5), to which a known ZP43E axle counting point is attached. The axle counting point essentially comprises a transmitting coil (6) and a receiving coil (7). A rectangular insulating element (2) made of plastic is glued to the profile head (5). In the longitudinal direction of the rail, the device is dimensioned in such a way that it essentially covers two magnetic poles (or a pair of poles). A connected measuring device registers the rectified voltage of the receiving coil (7) of the axle counting point.
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.When carrying out the test, the device operator places the device according to the invention on the magnetic poles of the eddy current brake, with the angle-shaped insulating element resting with its horizontally oriented surface on the underside of the magnetic poles and with its vertically oriented surface on the flank of the yoke facing the outside of the track. The eddy current brake itself is in the normal current-free high position when vehicles are parked and does not require any special preparation for the test. The measuring device is pushed linearly along the underside of the magnetic poles over the entire length of the eddy current magnet in the longitudinal direction of the rail. The relative speed between the magnetic poles and the test device has no influence on the test result.
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.By calibrating the evaluation electronics once before the test device is put into operation for the first time, the influences on the detected level change that result from geometries that deviate from the original conditions are eliminated.
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.Instead of a standard axle counting point, the device can of course also be set up with any pair of transmitting and receiving coils. In this case, it is only necessary to note that the dimensions of the receiving coil in the longitudinal axis of the rail must cover the length of a pair of magnetic poles of the eddy current brake. The coil orientation must also match the orientation used for the axle counting point.
1 Magnetpol Wirbelstrombremse1 magnetic pole eddy current brake
2 Isolierelement2 Insulating element
3 Stromversorgung, Auswerteelektronik, Messwertanzeige3 Power supply, evaluation electronics, measured value display
4 T-förmiges Stahlprofil, Profilsteg4 T-shaped steel profile, profile web
5 T-förmiges Stahlprofil, Profilkopf5 T-shaped steel profile, profile head
6 Sendespule6 Transmitter coil
7 Empfangsspule7 Receiving coil
Claims (5)
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. 1. Device for testing linear eddy current brakes on rail vehicles, characterized in that
that the device is designed as a T-shaped profile made of a magnetically conductive material,
wherein an electromagnetic transmitting coil ( 6 ) and an electromagnetic receiving coil ( 7 ) are arranged on the vertical profile web ( 4 ) thereof and an insulating layer ( 2 ) with respect to the pole cores ( 1 ) of the eddy current brake is arranged on the horizontal profile head ( 5 ) thereof.
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Legal Events
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DB FERNVERKEHR AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DB REISE & TOURISTIK AG, 10785 BERLIN, DE Effective date: 20051128 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20060113 |
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| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
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