DE19619409A1 - Magnetschienenbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetschienenbremse mit we­ nigstens einer einen in Polschuhe mündenden Kern aufweisen­ den Erregerspule, wobei die Polschuhe jeweils eine auf die Schienenoberfläche aufsetzbare Bremsfläche aufweisen und durch einen zwischen den Bremsflächen austretenden Spalt ma­ gnetisch getrennt sind.

Magnetschienenbremsen der eingangs genannten Art werden beispielsweise bei Schienenfahrzeugen für Schnellbremsungen im Gefahrenfall eingesetzt.

Die Bremswirkung von Magnetschienenbremsen beruht auf einer Kombination von Reibungs- und Magnetkrafteffekten. Ei­ ne Erregerspule ist auf einem Kern angeordnet. Der Kern weist zur Unterbrechung des Magnetflusses einen Spalt auf. Die sich am Spalt gegenüberstehenden Bereiche des Kerns sind als Polschuhe ausgebildet. Zur Erzielung der Bremswirkung werden die Polschuhe derart auf die Schienenoberfläche auf­ gesetzt, daß der Spalt überbrückt und der Magnetfluß durch das Material der Schiene hindurchgeleitet wird; der Magnet­ kreis wird über die Schienenoberfläche geschlossen. Durch die magnetische Anziehungskraft und durch das Gewicht der Magnetschienenbremse werden die Bremsflächen der Polschuhe auf die Oberfläche der Schiene gedrückt. Dabei entsteht eine Bremswirkung durch Reibung. Außerdem entsteht bei geeigneter Anordnung der Spulen eine Bremswirkung aufgrund des Magnet­ felds von in der Schiene fließenden Strömen, die durch das sich bewegende Magnetfeld der sich mit dem Schienenfahrzeug bewegenden Magnetschienenbremse induziert werden. Die vom Magnetfeld der induzierten Ströme hervorgerufenen Kraftwir­ kungen sind nach dem Lenzschen Gesetz stets so gerichtet, daß sie ihrer Ursache, d. h. der Bewegung des Schienenfahr­ zeugs, entgegenwirken.

Die Bremskraft der Magnetschienenbremse nimmt mit abneh­ mender Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetschienenbremse und Schiene stark zu. Zur Vermeidung eines Halterucks kann deshalb die Magnetschienenbremse bei einer geringen Ge­ schwindigkeit, beispielsweise bei 20 km/h, abgeschaltet wer­ den. Die Abhängigkeit der Bremskraft von der Relativge­ schwindigkeit wird durch eine Bremskraftkennlinie zum Aus­ druck gebracht.

Der zwischen den Polschuhen angeordnete Spalt ist erfor­ derlich, um den Magnetfluß durch die Schienenoberfläche zu leiten. Jede andere Überbrückung eines Teils des Spalts durch ein ferromagnetisches Material führt zu einer Ver­ schlechterung der Bremswirkung, da ein Teil des Magnetflus­ ses nicht mehr durch die Schiene hindurchgeleitet wird. Eine solche Einlagerung magnetischer Materialien in einen Spalt könnte dann auftreten, wenn der Spalt nur mit Luft gefüllt wäre und sich der beim Bremsen entstehende Abrieb der Schiene und/oder der Bremsflächen in dem Spalt ansammeln würde. Deshalb wird im Stand der Technik der Spalt mit einem nicht magnetischen Material gefüllt. Vorzugsweise wird Mes­ sing verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bremswirkung der Ma­ gnetschienenbremse zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Magnet­ schienenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.

Bei einer ersten Ausführungsform bestehen die auf die Schienenoberfläche aufsetzenden Bremsflächen aus dem Materi­ al der beiden Polschuhe. Um die auf Reibung basierende Kom­ ponente der Bremskraft zu erhöhen, wird vorgeschlagen, in dem Spalt einen Reibmassenkörper anzuordnen, der eine Reib­ fläche aufweist, die zumindest bis in die Ebene der Brems­ flächen der Polschuhe aus dem Spalt vorsteht. Um jedoch nicht gleichzeitig die auf Magnetfeldeffekten beruhende Bremswirkung der Magnetschienenbremse zu verschlechtern, wird erfindungsgemäß eine nicht oder schwach magnetische, vorzugsweise eine dia- oder paramagnetische Reibmasse ver­ wendet.

Bei einer zweiten Ausführung wird an den Polschuhen we­ nigstens ein Reibmassenkörper aus einem ferromagnetischen Material befestigt. Dessen Reibfläche bildet wenigstens ei­ nen Teil der auf die Schienenoberfläche aufsetzenden Brems­ flächen.

Die Einbringung der Reibmassenkörper in den Spalt bzw. die Aufbringung der Reibmassenkörper an den Bremsflächen vergleichmäßigt die Bremskraftkennlinie und führt zu einer deutlichen Erhöhung des Reibwerts.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Reibmassen­ körper sowohl im Spalt als auch an den Bremsflächen vorgese­ hen.

Um die Befestigung der an den Polschuhen angebrachten Reibmassenkörper zu verbessern, sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Reibmassenkörper in Ausnehmungen der Polschuhe derart eingelassen, daß die Reibflächen der Reib­ massenkörper zumindest bis in die Ebene der der Schienen­ oberfläche zugewandten Oberflächen der Polschuhe vorstehen. Die an den Polschuhen befestigten ferromagnetischen Reibmas­ senkörper, die vorzugsweise Sinterteile darstellen, werden beispielsweise durch Auflöten an den Polschuhen befestigt.

Die in den Spalt eingebrachten Reibmassenkörper beste­ hen vorzugsweise aus einer Mischung von organischen Bindern und Reibkörnern in Form von Oxiden, Karbiden und/oder Sili­ katen. Die Reibmassenkörper werden vorzugsweise mittels ei­ ner Klebverbindung im Spalt befestigt.

Die Magnetschienenbremse ist vorzugsweise als Gliederma­ gnetschienenbremse mit beweglichen Polschuhen ausgebildet, um eine bessere Anpassung an eine gewölbte Schienenoberflä­ che zu erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines mehrgliedrigen Bremsmagneten einer Magnetschienenbremse,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Glied einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetschienenbremse beim Aufsetzen auf die Schienenoberfläche,

Fig. 3A und 3B schematische Unteransichten der Polschuhe bei der ersten Ausführungsform mit in den Spalt eingebrachten Reibmassenkörpern,

Fig. 4A eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines ersten Ausführungsbei­ spiels einer zweiten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Magnetschienenbremse, bei der die Reibmassenkörper auf die der Schiene zugewandten Oberflächen der Polschuhe aufge­ bracht sind,

Fig. 4B eine schematische Ansicht der Unterseite der Polschuhe des in Fig. 4A dargestellten Aus­ führungsbeispiels,

Fig. 5A eine Schnittdarstellung eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Magnetschienenbremse, bei dem die Reibmassenkörper in die Pol­ schuhe eingelassen sind,

Fig. 5B eine schematische Ansicht der Unterseite der Magnetschienenbremse des Ausführungsbei­ spiels gemäß Fig. 5A,

Fig. 6A eine Schnittdarstellung eines Teils eines dritten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Magnetschienenbremse, bei dem die Reibmassenkörper in die Pol­ schuhe eingelassen sind und nur einen Teil der Bremsfläche belegen, und

Fig. 6B eine schematische Unteransicht der Polschuhe bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6A.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines mehrgliedrigen Bremsmagneten 1 einer Magnetschienenbremse. Der Bremsmagnet 1 weist mehrere Glieder 2 auf, die jeweils eine Erreger­ spule-Kern-Anordnung enthalten. An den der Schiene zugewand­ ten, mit einem Spalt versehenen Seiten der Kerne sind Pol­ schuhe 3 ausgebildet. Beim Bremsen werden die Bremsflächen 4 der Polschuhe 3 an die Schienenoberfläche angedrückt. Die Stromversorgung der Erregerspulen erfolgt über die An­ schlüsse 5.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Glied einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetschienenbremse während des Bremsvorgangs. Wenn die Er­ regerspule 6 mit einem Strom beaufschlagt wird, so erzeugt sie ein Magnetfeld, das sich in einem Eisenkern 7 konzen­ triert. In Fig. 2 sind einige Flußlinien 8 innerhalb des Ei­ senkerns 7 gestrichelt dargestellt. An der der Schiene 9 zu­ gewandten Seite 10 des aus der Erregerspule 6 herausgeführ­ ten Eisenkerns 7 ist dieser durch einen Spalt 11 unterbro­ chen. Die an den Spalt 11 angrenzenden Bereiche des Eisen­ kerns 7 sind als Polschuhe 12a, 12b ausgebildet.

Die beiden Polschuhe 12a, 12b ragen nach unten in Rich­ tung der Oberseite 13 der Schiene 9 vor. Beim Bremsen, wenn der Bremsmagnet auf die Schiene abgesenkt wird, setzen die Polschuhe 12a, 12b mit den Bremsflächen 14a, 14b auf die Oberseite 13 der Schiene 9 auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Brems­ magnet 1 so an dem Schienenfahrzeug positioniert, daß beim Absenken des Bremsmagneten der die Polschuhe 12a, 12b magne­ tisch trennende Spalt 11 etwa mittig auf die Oberseite 13 der Schiene 9 aufsetzt.

In dem Spalt 11 ist ein Reibmassenkörper 15 so angeord­ net, daß sich die der Schienenoberseite 13 zugewandte Reib­ fläche 16 des Reibmassenkörpers 15 in einer Ebene mit den Bremsflächen 14a und 14b befindet.

Die auf die Schienenoberfläche aufsetzende Gesamtfläche wird von den Bremsflächen 14a, 14b und der Reibfläche 16 ge­ bildet. Um einen hohen Reibwert zu erhalten, ist bei dieser ersten Ausführungsform eine möglichst große Reibfläche 16, d. h. ein möglichst breiter Spalt 11 erwünscht. Andererseits werden durch einen breiteren Spalt 11 die auf der Oberseite 13 der Schiene 9 aufsetzenden Flächen 14a, 14b der Polschuhe 12a, 12b verringert, wodurch ein höherer magnetischer Wider­ stand beim Schließen des Magnetkreises über die Schiene 9 entsteht. Deshalb ist eine Optimierung der Spaltbreite in Bezug auf die Breite der Schienenoberseite 13 vorzunehmen. Dabei ist zusätzlich zu beachten, daß die seitlichen Berei­ che der Schienenoberseite 13 nach unten gewölbt sein können. Die Breite des Spalts sollte vorzugsweise 1/6 bis 1/3 der Breite der auf der Schienenoberseite 13 aufsetzenden Gesamt­ fläche betragen.

Das Material des in dem Spalt 11 angeordneten Reibmas­ senkörpers 15 sollte vorzugsweise diamagnetisch sein, so daß das Magnetfeld aus dem Spalt 11 herausgedrängt wird. Es kann aber auch ein paramagnetisches oder ein sehr schwach ferro­ magnetisches Material verwendet werden. Der Reibmassenkörper braucht nicht den gesamten Spalt 11 auszufüllen. Es genügt, wenn eine Reibmasse in dem der Schiene 9 zugewandten Bereich des Spaltes 11 bis zu einer Tiefe eingebracht wird, die der maximalen Abnutzung bzw. der maximalen Verschleißtiefe der Polschuhe 12a, 12b entspricht. Der verbleibende Bereich des Spalts 11 kann mit einem anderen, vorzugsweise diamagneti­ schen Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, gefüllt sein.

Die Fig. 3A und 3B zeigen schematische Unteransichten zweier Ausführungsbeispiele der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetschienenbremse, wobei zur Vereinfa­ chung nur die Polschuhe 12a, 12b mit dem dazwischen liegen­ den Spalt 11 sowie die in den Spalt eingebrachten Reibmas­ senkörper 15 dargestellt sind. Fig. 3A zeigt ein Ausfüh­ rungsbeispiel, bei dem zylinderförmige Reibmassenkörper 15 in den Spalt 11 zwischen den Polschuhen 12a und 12b einge­ bracht sind. Dabei ist der Spalt 11 an den Stellen, an denen die Reibmassenkörper 15 eingebracht sind, zumindest in dem unteren, der Schiene zugewandten Bereich aufgeweitet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3B sind plattenförmige Reibmassenkörper 15 in den Spalt 11 eingebracht. Der Spalt 11 weist über die gesamt Länge der Magnetschienenbremse die gleiche Breite auf. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3A weist eine größere Reibfläche 16 der Reibmassenkörper 15 auf, als das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3B. Bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3B sind dagegen die Bremsflächen 14a und 14b der Polschuhe größer, so daß der magnetische Wi­ derstand des Übergangs vom einem Polschuh zur Schiene gerin­ ger ist. Deshalb ist der auf mechanischer Reibung beruhende Bremskraftanteil bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3A größer als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3B; ande­ rerseits ist der auf dem Magnetfluß beruhende Bremskraftan­ teil bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3B größer.

Die Reibmassenkörper bei den in Fig. 3A und 3B darge­ stellten Ausführungsbeispielen der ersten Ausführungsform bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren organischen Bindern, beispielsweise einem Harz in einem Anteil von min­ destens 20 Vol.-%, und Reibkörnern in Form von Oxiden (z. B. SiO₂, Al₂O₃) und/oder Karbiden (z. B. SiC) und/oder Silikaten (z. B. Mullit) . Die Reibmassenkörper werden vorzugsweise in den Spalt eingeklebt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, daß der Spalt während der Herstellung der Magnetschienenbremse mit einer Reibmasse ausgegossen wird.

In den Fig. 4 bis 6 sind drei Ausführungsbeispiele der Gestaltung der Polschuhe für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetschienenbremse dargestellt, bei der an den Polschuhen Reibmassenkörper aus einem ferromagneti­ schen Material befestigt sind, wobei die Reibflächen der Reibmassenkörper zumindest einen Teil der auf die Schienen­ oberfläche aufsetzbaren Bremsflächen bilden.

Die ferromagnetischen Reibmassenkörper sind vorzugsweise Sinterkörper aus ferromagnetischen Metallen oder Mischungen dieser Metalle mit Nichteisenmetallen und/oder Kohlenstoff und/oder Phosphor und/oder Schwefel sowie Reibkörnern aus Oxiden (z. B. SiO₂), Karbiden (z. B. SiC) und/oder Silikaten (z. B. Mullit). Die Sinterkörner werden vorzugsweise auf die Polschuhe aufgelötet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4A und 4B sind zylinderförmige flache Reibmassenkörper 17 aus einem ferro­ magnetischen Material auf den der Schienenoberfläche 13 zu­ gewandten Oberflächen 18a und 18b der Polschuhe 12a bzw. 12b befestigt. Die Reibflächen 19 der Reibmassenkörper 17 bilden somit die Bremsfläche der Polschuhe. Bei dem in Fig. 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel wird die wirksame Bremsfläche durch die Aufbringung der Reibmassenkörper ver­ ringert, da die Reibmassenkörper 17 nicht die gesamte Ober­ fläche 18a bzw. 18b bedecken. Außerdem ist eine Optimierung der Dicke der Reibmassenkörper erforderlich, da einerseits zu dicke Reibmassenkörper den Magnetfluß zwischen Polschuh und Schiene zu stark behindern, andererseits aber zu flache Reibmassenkörper sich zu schnell abreiben.

Bei dem in den Fig. 5A und 5B dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind plattenförmige Reibmassenkörper 17 in Aussparungen 20 der Polschuhe 12a und 12b eingelassen. Die Aussparungen 20 sowie die Reibmassenkörper 17 erstrecken sich über die gesamte Breite des jeweiligen Polschuhs 12a bzw. 12b.

Bei dem in den Fig. 6A und 6B dargestellten dritten Ausführungsbeispiel nehmen die Aussparungen 20 sowie die Reibmassenkörper 17 nur einen Teil der Breite der Polschuhe 12a und 12b ein. Der Vorteil gegenüber dem in den Fig. 5A und 5B dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der magnetische Widerstand zwischen den Polschu­ hen und der Schienenoberfläche verringert wird. Andererseits wird aber durch die verringerte Reibfläche der Reibmassen­ körper der mechanische Reibungsanteil verringert.

Der Spalt 11 verläuft üblicherweise in der Längsrichtung der Schiene 9. Bei einer alternativen Bremsenausführung kann auch ein Bremsmagnet mit einem schräg oder quer zur Schiene verlaufenden Spalt verwendet werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alter­ native Ausführungsbeispiele denkbar. Das Füllen des der Reibfläche zugewandten Bereichs eines Spalts einer Magnet­ bremseinrichtung ist bei sämtlichen Bremsen möglich, die auf einer Kombination von Reibungs- und Magnetfeldeffekten ba­ sieren. Bremseinrichtungen dieser Art werden nicht nur bei Schienenfahrzeugen verwendet, sondern sind auch bei anderen auf einer Schiene gleitenden oder rollenden Vorrichtungen, beispielsweise Transportrobotern, denkbar.

Claims (10)

1. Magnetschienenbremse mit wenigstens einer einen in Polschuhe (12a, 12b) mündenden Kern (7) aufweisenden Erre­ gerspule (6),
wobei die Polschuhe (12a, 12b) jeweils eine auf die Schienenoberfläche (13) aufsetzbare Bremsfläche (14a, 14b) aufweisen und durch einen zwischen den Bremsflächen (14a, 14b) austretenden Spalt (11) magnetisch getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Spalt (11) zwischen den Polschuhen (12a, 12b) wenigstens ein Reibmassenkörper (15) aus nicht oder schwach magnetischem Material angeordnet ist, und
daß der Reibmassenkörper (15) wenigstens eine Reibfläche (16) aufweist, die zumindest bis in die Ebene der Bremsflä­ chen (14a, 14b) aus dem Spalt (11) vorsteht.

2. Magnetschienenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material des Reibmassenkörpers (15) dia- oder paramagnetisch ist.

3. Magnetschienenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Polschuhen (12a, 12b) wenigstens ein weiterer Reibmassenkörper (17) aus einem ferromagneti­ schen Material derart befestigt ist, daß zumindest ein Teil der auf die Schienenoberfläche (13) aufsetzbaren Bremsflä­ chen durch eine weitere Reibfläche (19) des wenigstens einen weiteren Reibmassenkörpers (17) gebildet ist.

4. Magnetschienenbremse mit wenigstens einer einen in Polschuhe (12a, 12b) mündenden Kern (7) aufweisenden Erre­ gerspule (6),
wobei die Polschuhe (12a, 12b) jeweils eine auf die Schienenoberfläche (13) aufsetzbare Bremsfläche (14a, 14b) aufweisen und durch einen zwischen den Bremsflächen (14a, 14b) austretenden Spalt (11) magnetisch getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Polschuhen (12a, 12b) wenigstens ein Reibmas­ senkörper (17) aus einem ferromagnetischen Material derart befestigt ist, daß zumindest ein Teil der auf die Schienen­ oberfläche (13) aufsetzbaren Bremsflächen durch eine Reib­ fläche (19) des wenigstens einen Reibmassenkörpers (17) ge­ bildet ist.

5. Magnetschienenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reibmassenkörper (17) in Ausnehmungen (20) der Polschuhe derart eingelassen sind, daß die Reibflächen (19) der Reibmassenkörper (17) zumindest bis in die Ebene der der Schienenoberfläche (13) zugewandten Oberflächen (18a, 18b) der Polschuhe (12a, 12b) vorstehen.

6. Magnetschienenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reibflächen (19) der Reibmassenkörper (17) in einer Ebene mit den der Schienenoberfläche (13) zugewand­ ten Oberflächen (18a, 18b) der Polschuhe (12a, 12b) angeord­ net sind,
wobei die Reibflächen (19) der Reibmassenkörper (17) nur einen Teil der Bremsfläche bilden.

7. Magnetschienenbremse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Spalt (11) zwischen den Polschuhen (12a, 12b) wenigstens ein weiterer Reibmassenkörper (15) aus nicht oder schwach magnetischen Material angeordnet ist, und
daß der weitere Reibmassenkörper (15) wenigstens eine weitere Reibfläche (16) aufweist, die zumindest bis in die Ebene der Bremsflächen (14a, 14b) aus dem Spalt (11) vor­ steht.

8. Magnetschienenbremse nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material des weiteren Reibmassenkörpers (15) dia- oder paramagnetisch ist.

9. Magnetschienenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Erregerspulen (6) in Schienenrichtung hintereinander angeordnet sind.

10. Magnetschienenbremse nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erregerspulen (6) an beweglichen Hal­ terungen gelagert sind.