DE2340774A1

DE2340774A1 - Wirbelstrom- und hysteresebremse fuer schienengebundene fahrzeuge

Info

Publication number: DE2340774A1
Application number: DE19732340774
Authority: DE
Inventors: Max Baermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-11
Filing date: 1973-08-11
Publication date: 1975-02-27
Also published as: BE818189A; US3874482A; DD112944A5; AT332452B; PL91501B1; SE402248B; ES429033A1; NL7409741A; CH581036A5; DE2340774B2; FR2240136A1; IN140134B; IT1018909B; GB1434678A; DE2340774C3; JPS5044378A; ATA554674A; SE7410078L; FR2240136B1; CA1008379A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrom- und Hysteresebremse für schienengebundene Fahrzeuge, die aus mehreren in Längsrichtung der Schiene mit Abstand nebeneinander angeordneten und senkrecht zur Schiene stehenden Polschenkeln wechselnder Polarität besteht, die durch parallel zur Schiene verlaufende, die Erregerspulen tragende Spulenkerne miteinander verbunden sind.

Es ist bereits eine Wirbelstrom- und Hysteresebremse für schienengebundene Fahrzeuge bekannt, die aus einem vorzugsweise lameliierten, in Längsrichtung der Schiene angeordneten Eisenkern besteht, der auf der der Schiene zugekehrten Seite quer zur Schiene verlaufende Nuten aufweist. In diesen Nuten liegen Erregerwicklungen mit fortlaufend gleichem Wicklungssinn. Diese Schienenbremse ist am nicht federnden Teil des Drehgestells eines Schienenfahrzeuges aufgehängt, so daß die Polflächen der Polschenkel mit einem dazwischenliegenden konstanten Luftspalt der Schienenlauffläche gegenüberstehen. Zum Zwecke des Bremsens

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wird die Schienenbremse entweder durch die als Generatoren wirkenden Antriebsmotor oder durch den aus dem Fahrdraht abgenommenen Strom erregt. Durch die in der Schiene entstehenden Wirbelströme und Hystereseverluste wird die Bremskraft erzeugt. Wegen der kleinen Polwechselzahl ist die Bremskraft aber nur gering. (DT-OS 1 816 367)

Es sind auch Wirbelstrom-Schienenbremsen bekannt geworden, bei denen die Erregerwicklungen auf den senkrecht zur Schiene stehenden Polschenkeln angeordnet sind. Der Wicklungssinn ist dabei derart, daß die Polarität von Polschenkel zu Polschenkel wechselt. Wegen der größeren Polwechselzahl läßt sich hierbei eine höhere Bremskraft erreichen. Die magnetische Streuung zwischen den Polschenkeln, ist aber bei dem durch den rauhen Bahnbetrieb erforderlichen, verhältnismäßig großen Luftspalt zwischen Polschenkel und Schiene beträchtlich. Durch diesen nicht zum Bremsvorgang beitragenden magnetischen Streufluß wird die Bremskraft bei einer bestimmten Amparewindungszahl vermindert. Einer Erhöhung der Amperewindungszahl mit dem Ziel, die Bremskraft zu vergrößern, ist aber durch die magnetische Sättigung und durch die entsprechende Stromwärme eine Grenze gesetzt. Auch die Baulänge der Bremse kann nicht beliebig vergrößert werden, weil Schienenbremsen üblicherweise zwischen den Laufrädern des Drehgestells angeordnet werden. (DT-OS 2 035 781)

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wirbelstrom- und Hysteresebremse für schienengebundene Fahrzeuge der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Streuverluste zwischen den Polschenkeln entgegengesetzter Polarität beträchtlich vermindert werden, so daß bei verhältnismäßig großem Luftspalt zwischen der Schiene und den wirksamen Polflächen der Polschenkel noch eine holte Luf t spalt induktion erzielbar ist, und bei der eine gute Ableitung der entstehenden Stromwärme erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erregerspulen in an sich bekannter Weise auf den die Polschenkel verbindenden Spulenkernen angebracht sind, wobei der Wicklungssinn von Spule zu Spule wechselt, und daß die Erregerspulen im Bereich der der Schiene zugekehrten Seite zwischen den Polschenkeln eine geringere Spulenlänge (l) aufweisen als auf der der Schiene bzw. den Polschenkeln abgewandten Seite, wobei das Verhältnis der geringeren Spulenlänge (l) zur größeren Spulenläng· (I₁) mehr als 1 ι 1,5 beträgt.

Durch die erfindungegemäß vorgeschlagene Lösung werden im wesentlichen zwei besondere Vorteile erreicht. Bekanntlich ist die magnetische Feldstärke H proportional der Beziehung ¥»1 JAW*|,

"TgSJ

wobei V die Windungszahl, I die Stromstärke und 1 die Spulenlänge bedeuten. Durch die Verkleinerung der Spulenlänge (l) zwischen den PolschenkeIn wird die magnetisch· Feldstärke auf diesem Teil des Spulenuafanges höher als auf dem anderen Spulenumfangsteil mit größerer Länge (l.).

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Die magnetische Feldstärke der Spule ist entgegengesetzt gerichtet zum Streufluß zwischen den Polschenkeln. Die Streuung zwischen den Polschenkeln wird also durch die an dieser Stelle erhöhte Feldstärke beträchtlich vermindert. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme bewirkt praktisch eine höhere Kraftliniendichte zwischen den Polen der Schenkel und der Schiene, wodurch sich eine größere Bremskraft ergibt. Außerdem kann durch diese Maßnahme der Abstand zwischen den Polschenkeln verkleinert werden, so daß bei gleicher Baulänge der Bremse eine größere Zahl von Polen wechselnder Polarität vorgesehen werden kann. Wegen der größeren Polwechselzahl ergibt sich auch eine höhere Bremskraft.

In dem Spulenumfangsteil mit kleinerer Spulenlänge (l) ist die Stromdichte höher als in dem Teil des Spulenumfanges mit größerer Länge (I₁). Da aber der Teil des Spulenumfanges mit kleinerer Spulenlänge (l) verhältnismäßig kurz ist, kann die in ihm entstehende höhere Stromwärme aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des für die Spulenwicklung verwendeten Werkstoffes schnell zum Spulenteil mit größerer Spulenlänge (I₁) geleitet werden, wo sie durch die größere Oberfläche gut abgeführt werden kann. Da in dem der Schiene abgewandten Teil der Bremse genügend Raum zur Verfügung steht, kann man in vorteilhafter Weise dort zwischen den einzelnen Windungen der Erregerspule Luftzwischenräume vorsehen, um eine noch bessere Wärmeableitung durch einen Luftstrom oder durch eine Kühlflüssigkeit zu erreichen.

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Durch die besonders vorteilhafte Gestaltung der Bremse nach der Erfindung gelingt es, auch bei größeren Luftspalten zwischen den Polflächen der Polschenkel und der Schiene von ca. 7-8 mm, wie sie bei dem rauhen Bahnbetrieb gefordert werden, sehr hohe Luftspaltinduktionen zu erzielen. Durch die gute Wärmeableitung entsteht auch bei längerem Bremsen keine zu hohe Temperatur in der Schienenbremse.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Länge der Polschenkel so festzulegen, daß diese nur wenig, d.h. um das Maß (a), gegenüber den Spulenaußenflächen in Richtung Schiene vorstehen.

In vorteilhafter Weise bestehen die einzelnen Spulen aus einer Bandwicklung, die an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten im Bereich der Polschenkel zwecks Verringerung ihrer Spulenlänge Ausnehmungen aufweisen, die z.B. aus der bereits gewickelten Spule ausgefräet sind.

In überraschender Weise wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wirbelstrom- und Hysteresebremse eine besonders gute Gleichmäßigkeit der aus den Polen austretenden Feldlinien aufweist, wenn der mittlere Pol der Bremse die gleiche Polarität aufweist wie die Pole an den Enden.

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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.

Bs zeigen:

Fig.1 einen senkrechten Schnitt durch beispielsweise zwei dargestellte, elektromagnetisch erregte Bremselemente der Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach der Erfindung, die in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind,

Fig.2 eine halbierte Darstellung des linken Bremselementes A und des rechten Bremselementes B nach Fig.1, wobei der Spulenkern und die Erregerspule geschnitten sind.

Xn Fig.1 sind zwei Bremselemente A und B dargestellt. Sie bestehen aus einem mittleren Spulenkern 1, auf dem die Erregerspule 2 angeordnet ist. An den gegenüberliegenden Stirnseiten und 4 des Spulenkerns 1 sind die Polschenkel 5 befestigt. Die Polflächen 6 der Polschenkel stehen mit einem dazwischenliegenden Luftspalt 7 der Schienenlauffläche 8 der Schiene 9 gegenüber.

Mehrere dieser elektromagnetisch erregten Bremselemente sind zu einer kompletten Bremse verbunden. Zu diesem Zweck sind sowohl die Polschenkol als auch die Spulenkerne mit wenigstens einer in Fahrtrichtung verlaufenden Bohrung 10 versehen, durch die hier nicht dargestellte Verbindungselemente, wie z.B.

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Verbindungsbolzen, eingesetzt sind. Die Erregerspulen 2 sind von Element zu Element mit entgegengesetztem Wicklungesinn gewickelt und an ihrem Spulenanfang und -ende jeweils miteinander verbunden, so daß bei Erregung der Spulen in den Polflächen 6 der Polschenkel Pole wechselnder Polarität entstehen, die in der Zeichnung durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet sind.

Die aus den einzelnen Elementen zusammengesetzte Schienenbremse ist an den beiden Längsseiten des in der Zeichnung nicht dargestellten Drehgestells zwischen den Laufrädern an nicht abgefederten Teilen desselben befestigt, so daß ein gleichbleibender Luftspalt 7 zwischen den Polflächen 6 und der Schienenlauffläche 8 gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weise werden die Erregerspulen einer Schienenbremse in zwei Stromkreise unterteilt und elektrisch so geschaltet, daß jeweils eine Hälfte der Spulen der an der einen Längsseite des Drehgestells angebrachten Bremse mit der anderen Hälfte der Spulen der an der anderen Längsseite des Drehgestells angebrachten Bremse erregt wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei Ausfall eines Stromkreises der zweite Stromkreis der sich, am Drehgestell gegenüberliegenden Bremsen noch wirksam ist.

Wie aus Fig.1 ersichtlich ist, weisen die Erregerspulen 2 im Bereich der der Schiene zugekehrten Seite¹zwischen den Polschenkeln eine geringere Spulenlänge (l) auf als auf der der Schiene bzw. den Polschenkeln abgewandten Seite. Diese größere Spulenlänge

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ist mit (I₁) bezeichnet. Durch die Verkleinerung der Spulenlänge (l) der Erregerspulen zwischen den Polschenkeln wird die Feldstärke, die den aus den Polen austretenden Streulinien entgegengerichtet ist, sehr hoch. Dieses starke Gegenfeld hat das Bestreben, die Streuung zwischen den Polen entgegengesetzter Polarität beträchtlich zu vermindern, so daß eine höhere Kraftliniendichte zwischen den Polen der Schenkel und der Schiene entsteht. Andererseits wird durch die Verkleinerung der Spulenlänge (l) zwischen den Polschenkeln die Stromdichte sehr hoch. Die dadurch entstehende höhere Stromwärme wird aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der Wicklung der Erregerspule zum größeren Querschnitt bzw. zu dem Teil mit größerer Spulenlänge (l.) geleitet, wo sie wegen der großen Oberfläche gut abgeleitet werden kann. Da in dem der Schiene abgewandten Teil der Bremse genügend Raum zur Verfügung steht, kann man, wie in dem in Fig.1 dargestellten Bremselement B veranschaulicht ist, zwischen den einzelnen Windungen der Erregerspule Luftzwischenräume 11 vorsehen, um eine noch bessere Wärmeableitung zu erreichen. Zusätzlich kann man durch diese Luftzwischenräume eine Kühlflüssigkeit, wie z.B. Silikonöl, leiten.

Um die Streuverluste zwischen den Polschenkeln besonders wirksam zu vermindern, ist es vorteilhaft, den in Fig.1 eingezeichneten Abstand (a) zwischen den Polflächen 6 und der Spulenaußenfläche 12 möglichst klein zu halten. Dieser Abstand (a) sollte im Bereich von 8 - 30 mm liegen.

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Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, bestehen die einzelnen Spulen aus einer Bandwicklung, die an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten 13, 1^· im Bereich der Polschenkel zwecks Verringerung der Länge (l) Ausnehmungen 15,'6 aufweist, die vorzugsweise aus der bereits gewickelten Erregerspule ausgefräst sind.

Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, ist die Bandwicklung des Bremselementes B oberhalb des Spulenkerns 1 mit Luftzwischenräumen 11 versehen, während die Bandwicklung des Bremselementes A derartige Luftzwischenräume nicht aufweist. Ferner sind aus dieser Figur der geschnittene Spulenkern 1 und ein Polschenkel 5 gut ersichtlich. Dieser Polschenkel ragt zum Teil in die ausgefräste Ausnehmung 15 der Erregerspule 2 hinein.

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Claims

2 3 Λ Π 7 7 Pa fcentansprüche

1) Wirbelstrom- und Ilysterosebreinse für schienengebundoiie Fahrzeuge, die aus mehre ran. in Längsrichtung der üthien« mit Abstand nebeneinander angeordneten und senkrecht zur Schiene stehenden Poischenkeln wechselnder Polarität bestoht, die durch parallel zur Schiene verlaufende, die Erregerspulen tragende Spulenkerne miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (2) in an sich bekannter Weise auf den die Polschenkel (5) verbindenden Spulenkernen (i) angebracht sind, wobei der Wicklungssinri von Spule zu Spule wechselt, und daß die Erregerspulen (2) im Dereich der der Schiene (9) zugekehrten Seite zwischen dun Polschenkeln (5) eine geringere Spulenlänge (l) aufweisen als auf der der Schiene bzw. den Polschenkeln abgewandten Seite, wobei das Verhältnis der geringeren Spulenlänge (l) zur größeren Spulenlänge (I₁) mehr als 1 ι 1,5 beträgt.

2) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den der Schienenlauffläche (8) gegenüberstehenden Polflächon (6) und der Spulenaußenfläche (12) im Bereich von 8 - 30 mm liegt.

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OfIKSiNAL INSPECTED

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234Ü774

3) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Erregerspulen (2) aus einer bandwicklung bestehen, die an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten (13» 1*0 im Bereich der Polschenkel (5) zwecks Verringerung ihrer Länge (l) Ausnehmungen (I5fi6) aufweist.

4) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach den'.Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Pol der Bremse die gleiche Polarität aufweist wie die Pole an den Enden.

5) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (2) der Bremse in wenigstens zwei Stromkreise unterteilt und elektrisch so geschaltet sind, daß jeweils eine Hälfte der Spulen der an der einen Längsseite des Drehgestells angebrachten Bremse gleichzeitig mit der anderen Hälfte' der Spulen der an der gegenüberliegenden Längsseite des Drehgestells angebrachten Bremse erregt ist.

6) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach den Ansprüchen 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (2) auf der Seite mit der größeren Länge (I₁) zwischen den einzelnen Windungen Luftzwischenräume (11) aufweisen.

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13 u ,. / 7 Λ

7) Wirbelstrom- und Hysteresebremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzwischenräume (11) eine umlaufende Kühlflüssigkeit, wie z.B. Silikonöl, enthalten.

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ORfGlNAL INSPECTED