本发明涉及一种用于将轨道制动器的至少一个磁段联接到轨道车辆的至少一个轴的模块化装置。特别地，本发明涉及一种用于涡流制动器的磁段支架。
背景技术：
特别是在高速列车中应用轨道制动器、例如涡流制动器或磁轨道制动器。力作用在此直接在轨道和轨道车辆的框架部分(例如转向架框架)和/或轴之间传递。除了纵向作用的制动力之外，在制动阶段产生的电磁力也具有竖直力。为了这种力联接，使用段支架和支撑臂控制台，所述支撑臂控制台在常规系统中设计成整体的钢铸件形式的整体式支架。整体式支架结合了下列功能：制动力和竖直力向转向架的传递；磁体系统的固定；以及提供磁轭。
用于常规的磁段支架的整体式支架虽然由于其结构设计而具有高稳定性，但是不能适应或几乎不能适应于各种不同的轨道车辆的具体特殊性。因此，必须为每个轨道车辆单独制造整体式支架，其在制造后不能再改变。如果轨道车辆应该改变，或者如果应当在下部结构中安装其他部件，则必须开发新的整体式支架。由于对于每种车辆类型而言，整体式支架都是定制的，因此该程序是麻烦的和成本密集的。
技术实现要素：
本发明的目的是为常规的铸钢支架或焊接支架提供替代方案。
上述目的通过权利要求1所述的装置实现。从属权利要求涉及本发明主题的有利的进一步发展。
本发明涉及一种用于将轨道制动器的磁段联接到轨道车辆的至少一个轴的模块化装置。该模块化装置包括以下特征：用于支撑磁段的支架模块；至少一个联接模块，用于联接到轨道车辆的至少一个轴；和至少一个连接模块，用于将所述支架模块与所述至少一个联接模块连接。所述支架模块、所述至少一个联接模块和所述至少一个连接模块能够彼此连接，以便建立所述磁段与轨道车辆的所述至少一个轴的联接，使得当轨道制动器被激活时，竖直作用力能够从支架模块被传递到轨道车辆的轴。代替联接到轴，联接模块还可以联接到升降装置，以便提升轨道制动器(例如在停用时)。特别是在不需要在制动过程中在磁段和轨道之间的预定气隙的磁轨制动器(磁段通过与轨道直接接触而制动)的情况下，所述至少一个联接模块可以联接到升降装置，该升降装置设计成用于竖直提升轨道制动器。
因此，上述目的通过模块化结构实现，其提供了非常灵活和可扩展的构思解决方案。各单个功能在单独的各子模块中实现。在此，支架模块用作磁段支架并且同时用作用于磁体线圈或其他制动用的磁性部件的保护盒。所述至少一个联接模块用作竖直力传递器并且可以可选地构成或包括支撑臂控制台。
所述轨道车辆具有用于在轨道上引导轨道车辆的至少一个车轮，所述至少一个车轮被固定在所述轴上。但轨道车辆也可以具有带有两个车轮的第一轴和带有两个车轮的第二轴，轨道制动器形成在第一轴与第二轴之间。
在另外的实施例中，所述支架模块具有细长的伸展部，其在被安装到所述轨道车辆上之后平行于轨道延伸。所述至少一个联接模块可以可选地设计成用于在车轮的两侧中的至少一侧上联接到所述轴。但是，联接模块也可以在车轮两侧都联接到相应的轴。换句话说，可以自由选择联接模块在哪一侧联接到轴，并且可以相应地根据要求进行选择。
然而，通常磁段支架不是固定到仅一个轴上，而是在另外的实施例中可以联接到多个轴。因此，所述至少一个连接模块可以包括布置在支架模块的相对置的各侧上的第一连接模块和第二连接模块。同样，所述至少一个联接模块可以包括用于将第一连接模块联接到第一轴的第一联接模块和用于将第二连接模块联接到第二轴的第二联接模块。第一和第二联接模块可以可选地具有相同的长度或不同的长度，以便由此允许支架模块的对称安装或支架模块相对于两个轴中的一个轴错位的安装。
因此可以将支架模块如此布置在第一和第二轴之间，使得存在的结构空间被最佳地利用。可选地，也可以由此在相应的车轮和支架模块之间提供用于另外的部件的另外的空间。此外，带有磁体线圈的支架模块不一定必须形成在轴之间的整个间隙中。例如如果在轴之间存在非常大的间距，则轨道制动器可以可选地仅在一个部分上形成。同样可以的是，沿着运动方向支架模块在轨道车辆的右侧与在左侧相比形成在不同位置上。
在另外的实施例中，所述至少一个连接模块可以另外具有至少一个另外的连接模块，并且所述至少一个联接模块可以具有至少一个另外的联接模块，使得支架模块可以与第一轴(或与第二轴)在两个位置联接，在所述两个位置之间设置其中一个车轮。通过联接模块在轴上的这种双侧联接，可能的是：所产生的转矩可以同样地由轴支撑，或者在相应居中布置的情况下不产生转矩。相应地，所述另外的联接模块可以以使在制动过程中产生的转矩最小化的方式联接到轴上，从而又导致材料疲劳减小。
在另外的实施例中，所述支架模块能够以可竖直运动的方式安装在所述轨道车辆上，并且所述至少一个联接模块包括支撑臂。所述支撑臂设计成用于联接到所述轨道车辆的轴，以便如此限制所述支架模块的竖直运动，使得在轨道制动器的制动过程期间在轨道和磁段之间维持预定的气隙。在另外的实施例中，支撑臂同样可以构成为所述至少一个联接模块的整体部件。
在另外的实施例中，所述至少一个联接模块可以以横向错位平行于所述支架模块延伸，并且所述至少一个连接模块设计成用于在彼此横向错位的支架模块和所述至少一个联接模块之间建立连接。因此，所述至少一个连接模块可以用作曲柄或角度螺纹连接器，以便获得在支架模块(其平行地在轨道上方延伸)和联接模块(其在车轮旁边联接到轴)之间的横向错位。
在另外的实施例中，装置可以具有轨迹保持模块，该轨迹保持模块被固定在支架模块上并被设计成用于形成转矩支撑。如上所述，可以省略转矩支撑，或者转矩支撑可被设计成较小，如果例如经由多个联接模块在制动过程期间没有产生转矩或仅产生小的转矩的话。然而，在给定轨道车辆中用于形成另外的联接模块的可用结构空间可能是有限的，因此有利的是取而代之形成轨迹保持模块，以拦截所产生的转矩。
在另外的实施例中，支架模块可以具有涡流制动器或磁轨制动器的一个或多个磁体，并且支架模块可以形成用于所述一个或多个磁体的保护盒。通过支架模块保持和保护的磁体的数量可以尽可能自由地选择，或者可以相应地适配于给定条件(例如为了获得期望的制动效果)。
在另外的实施例中，支架模块可以具有垂直于其纵向延伸的横截面和/或具有一种材料，使得在轨道车辆的制动过程期间，支架模块的弯曲被抑制，以便在制动过程期间维持在所述至少一个磁段和轨道之间的均匀的气隙，而不需要通过补偿气缸(例如通过单独的环形波纹管或空气波纹管)进行补偿。
在另外的实施例中，支架模块可以具有第一材料，联接模块可以具有第二材料，并且连接模块可以具有第三材料，第一材料、第二材料和第三材料被选择成以满足支架模块、联接模块和连接模块的功能。
本发明还涉及一种用于保持轨道车辆的轨道制动器的磁段的系统，所述轨道车辆具有带有两个车轮的第一轴和带有两个车轮的第二轴。该系统包括如前所述的第一模块化装置，该第一模块化装置可以在第一轴和第二轴之间在第一轨道上方安装在轨道车辆上。此外，该系统包括如前所述的第二模块化装置，该第二模块化装置可以在第一轴和第二轴之间在第二轨道上方安装在所述轨道车辆上。
可选地，第一模块化装置的支架模块和第二模块化装置的支架模块可以沿所述轨道车辆的运动方向彼此错位地布置或具有不同的长度。
本发明还涉及一种轨道车辆，其包括：轨道制动器、特别是涡流制动器或磁轨制动器，其具有磁段；以及用于保持磁段的系统。
在另外的实施例中，轨道车辆包括作为松散轮组的四个单个车轮，这些单个车轮分别围绕一个轴或轴部段(旋转轴)旋转。因此，分别具有两个车轮的刚性轴不是必须存在。
所述实施例特别是提供这样的优点，即该装置可以被制造为模块化单元并且可以灵活地适配于具体的轨道车辆。例如，可以将各种不同的联接模块或连接模块与给定的支架模块组合，或者可以根据需要可变地选择支架模块在各单个轴之间的位置。因此，在本发明的实施例中不会出现常规的整体式支架件的缺点。就根据本发明的模块化构造的支架的强度而言的可能缺陷可以通过合适选择各单个部件的材料来补偿。
此外，可以通过合适的材料选择来减少支架模块的总重量。由于随着轨道车辆的速度越来越高，材料的节省和因此重量的减轻越来越重要，常规的铸钢支架或焊接结构与本发明相比是不利的(或者其节省潜力是有限的)。
附图说明
从以下各种实施例的详细描述和附图中将更好地理解本发明的实施例，然而这些实施例不应该理解成将公开内容限制于具体的实施形式，而仅仅是用于解释和理解。
图1示出了根据本发明的一个实施例的模块化装置。
图2示出了用于根据另外的实施例的模块化装置的另外的可选元件。
图3示出了模块化装置在轨道车辆上在两个轴之间的安装。
图4a-4c示出了支架模块的对称和不对称布置的多个不同可能性。
图5a-5b示出了安装在支架模块中的磁段的数量的多个不同可能性。
图6a-6b示出了将联接模块安装在轨道车辆的轴上的多个不同可能性。
图7示出了在轨道制动器的操纵期间的力作用。
具体实施方式
图1示出了模块化装置，其用于将轨道制动器的磁段联接至轨道车辆的带有车轮30的轴10。该模块化装置包括以下特征：用于支撑磁段的支架模块110；用于联接到轨道车辆的至少一个轴的联接模块120；以及用于将支架模块110与联接模块120连接的连接模块130。支架模块110、联接模块120和连接模块130能够彼此连接，以便建立磁段与轨道车辆的轴10的联接，使得当轨道制动器被激活时，竖直作用力可以从支架模块110传递到轴10并且因此传递到轨道车辆的车轮30。
支架模块110应该被如此固定在轨道车辆上，使得它位于轨道(不可见)上方。由于联接模块120联接到轴10，所以使用连接模块130，以实现一种曲柄并且联接模块120被侧向(不是在支架模块110的横向方向上)固定在支架模块110上。
模块化装置以能竖直运动的方式固定在轨道车辆上。这可以例如通过特殊的竖直运动分量来获得。当轨道制动器被激活时，模块化装置并且特别是支架模块110被竖直地下降，使得磁段朝轨道运动。但是，不会发生磁段与轨道的接触。相反，磁段以预定间距被保持在轨道上方。该预定间距应该被选择为足够大以避免磁段与轨道的无意接触(这可能导致磁段的破坏)。然而，另一方面，该间距应该被选择为足够小以获得尽可能有效的与轨道的磁耦合。
由于这种下降，因此建立了与轨道的磁接触，并且在被激活时，磁段被朝向轨道吸引。因此，由轨道制动器引起的制动力因此具有纵向分量(其对轨道车辆制动)和竖直分量。纵向分量通过制动力传递单元直接传递到例如轨道车辆的框架(例如转向架框架)。竖直力分量经由联接模块120和经由连接模块130传递到车轮30的旋转轴10上。
因此只有当轨道制动器被激活时，才需要联接模块120和轨道车辆的轴10之间的联接，因此在轨道车辆的正常行驶模式期间不需要在联接模块120与轴10之间的直接的联接(正常的滚动摩擦力因此不通过模块化装置附加地增大)。相反，联接模块120与轴10的联接可以仅在轨道制动器被激活时在支架模块110下降的时刻才实现。这可以例如通过所述至少一个联接模块120具有相应的凹部来实现，所述凹部与轴10本身啮合或者与连接到轴的元件接合，以便以这种方式使得竖直力传递到轴10上或通过轴10被支撑。
为了可以将在制动过程中产生的竖直力可靠地传递到轴10上，连接模块130相应地设计成稳定的，也就是说，它提供了联接模块120和支架模块110之间的可承载的连接(例如螺纹连接或铆钉连接或类似连接)。
图2示出了模块化装置的一个实施例，其中也构成仅一个连接模块120和仅一个联接模块130和作为磁段支架的支架模块110。在所示的实施例中，联接模块120设计成支撑臂控制台，并且连接模块130被设计成曲柄的形式并建立支架模块110和联接模块120之间的连接。
由于联接模块130与轴10的联接必须相对于支架模块110侧向错位地实现，所以这导致在制动过程中，与之相关联的竖直力在支架模块110上产生转矩(例如围绕车辆的纵向轴线，即x轴)。然而，为了避免支架模块110的转动，需要转矩支撑。例如，所示的被固定在支架模块110上的轨迹保持件140可以提供这种转矩支撑。因此，确保在制动过程中支架模块110既不能围绕x轴也不能绕y轴或z轴旋转。
例如，轨迹保持件140可以被引导至另一个支架模块(图2中不可见)，该另一个支架模块设置在相对置的、在第二轨道线上运行的车轮之间。如下面进一步描述的那样，这种轨迹保持件140不是必须存在。
另外，图2的实施例具有支撑臂125，其安装在联接模块120上或可以是联接模块120的一部分。可选地，支撑臂125可以是联接模块120的整体部件。支撑臂125被设计成用于建立与轨道车辆的轴10的连接或联接。例如，支撑臂125可以被安装成相对于联接模块120(例如通过销栓保持件)在一个角度范围内可旋转。通过设计该角度范围可以规定用于支架模块110的最大下降量的预定值。在达到最大下降量时，支撑臂到达止挡(例如借助于销栓连接件的一部分)，该止挡防止进一步下降。因此实现支架模块110中的磁段遵守与轨道(图2中未示出)的预定间距。在这种情况下预定间距被选择成，使得通过轨道制动器能够实现有效制动。
图3示出了另外的可选组件。在所示的实施例中，模块化装置形成在第一车轮21和第二车轮22之间。第一车轮21固定在第一轴11上，并且第二车轮22固定在第二轴12上。另外，模块化装置具有两个联接模块121、122和两个连接模块131、132。第一联接模块121和第一连接模块131提供从支架模块110到第一轴11的连接。第二联接模块122和第二连接模块132提供从支架模块110到第二轴12的连接。此外，图3的实施例具有第一操纵元件201和第二操纵元件202，这些操纵元件被设计成(例如在操纵制动器的情况下)用于竖直地降低支架模块110，使得支架模块110中的磁段朝向轨道30运动并且以预定间距保持在轨道30上方。
图3的实施例还具有第一轨迹保持件141和第二轨迹保持件142，这些轨迹保持件在支架模块110和相对置的支架模块(图3中未示出)之间建立连接。第一和第二轨迹保持件141、142被设计成，用于在制动过程中将支架模块110和所述另外的支架模块保持成位置固定的，使得特别是支架模块110绕任意的旋转轴线的旋转不能发生。因此可以实现沿着轨道线的所有磁段保持在预定间距，从而确保有效的制动。
此外，图3的实施例具有调节装置150。调节装置150被设计成用于补偿(例如随着运行时间的增加而在车轮上的)磨损。如上所述，对于涡流制动器的可靠工作模式重要的是，遵循磁体与轨道的预定间距。例如，如果轮胎在时间进程中磨损(也就是说，其半径减小)，则磁段应不那么深地下降，以便以这种方式将轨道30和磁段之间的间隙保持在预定的恒定值上。这种重新调整可以由调节装置150进行，调节装置150可以这样设定，即支架模块110在通过操纵元件201、202的下降过程时仅下降到磁体不会达到与轨道30直接接触的程度，以由此避免损坏。对于磁轨制动器的功能而言，限定的间距也可以为零。
图4a-4c示出了支架模块110在轨道(未示出)上运动的第一车轮21和第二车轮22之间的可能的悬挂的实施例。第一车轮21固定在第一轴11上，并且第二车轮22固定在第二轴12上。中心线m表示第一轴11和第二轴12之间的中心位置。
可以在图4中看到的三个实施例的不同之处在于，支架模块110相对于中心线m对称地布置(图4a和4b的实施例)或相对于中心线m非对称地布置(参见图4c的实施例)。
在图4a的实施例中，支架元件110可以通过第一联接模块121联接到第一轴11，所述第一联接模块121经由第一连接模块131固定到支架模块110。另一方面，支架模块110可以经由第二连接模块132和第二联接模块122联接到第二轴12。第一和第二连接模块131、132关于轨道车辆运动方向在相对各侧上布置在支架模块110上。在图4a的实施例中，支架模块110以最大可能的伸展尺寸且关于中心线m对称地在第一车轮21和第二车轮22之间延伸。
在图4b的实施例中，支架模块110在第一车轮21和第二车轮22之间的较小部段上延伸。因此在图4b的实施例中，第一联接模块121和第二联接模块122被设计为例如同样长、但具有比图4a中的第一联接模块121和第二联接模块122大的长度。在图4b的实施例中，第一间隙r1形成在支架模块110和第一车轮11之间，并且第二间隙r2形成在支架模块110和第二车轮22之间。第一和第二间隙r1、r2可用于其他组件(未示出)。
在图4c的实施例中，支架模块110不是相对于中心轴线m居中布置。相反，支架模块朝向第一车轮21移位。替代地同样也可以将支架模块110朝向第二车轮22移位。位移可以在相对置的车轮侧上实现为相同的或不同的，也就是说，在轨道车辆的右侧，支架模块110可以朝向第一轴11移动，而在左侧，支架模块朝向第二轴12移动(或相反)。相应地，在图4c的实施例中，第一联接模块121设计为比第二联接模块122短。在另外的实施例中，这是相反的，也就是说，第一联接模块121设计为比第二联接模块122长。
在图4中可以看到的实施例中，可选地还可以形成另外的连接模块121'、122'和另外的联接模块131'、132'。因此实现，支架元件110与第一轴11和/或第二轴12的双侧联接成为可能。例如，所述另外的连接模块121'、122'可以在相对置的车轮之间联接到第一和/或第二轴11、12上。
可选的所述另外的联接元件121'、122'在图4a至4c中利用虚线画出，并且可以被设计成替代性的或者设计作为额外的联接。相应地，在图4a中可选地存在一个另外的第一联接模块121'和一个另外的第一连接模块131'，它们在车轮外侧和车轮内侧(面向所述另外的轨道线的一侧)上引起在支架模块110和第一轴11之间的联接。可选地，可以以相同的方式形成一个另外的第二联接模块122'和一个另外的第二连接模块132'，以便在支架模块110和第二轴12之间提供联接，该联接同样地在位于两个相对置的车轮之间的轴部段上实现。
这些另外的可选的联接同样可以形成在图4b和4c所示的实施例中，这通过虚线相应地示出。
车轮轴的双侧联接(即在车轮的两侧)具有以下优点：在制动时没有转矩或明显较小的转矩作用在支架模块上，或者转矩可以由轴直接承受。因此，材料中的应力减小，并且轨迹保持件140不再需要或可以被设计成明显较小的。
图5a、5b示出了对于存在的磁段以及另外的可选组件而言如何可以将模块化装置固定到框架上的两种可能性。
在图5a的实施例中，支架模块总共具有8个磁极，其中四个第一极元件210(例如n极元件)与四个第二极元件220(例如s极元件)相互交替。极元件沿着支架模块110的延伸方向交替设置。
在图5b的实施例中，16个极元件210、220沿支架模块110交替布置，特别是八个n极元件和八个s极元件。磁极或磁体的数量可以任意选择。
另外，在图5的实施例中，示出了支架模块110如何布置在框架80(例如转向架框架)下方并且框架80经由弹簧加载的车轮悬架82与轨道车辆的第一轴11和第二轴12连接。第一车轮21又固定在第一轴11上，并且第二车轮22固定在第二轴12上。还可以看到第一车轮21和第二车轮22如何可滚动地布置在轨道30上。
图6a、6b示出，第一联接模块121可以布置在车轮外侧(位于两个在一个轴上相对置的车轮的外部)或车轮内侧(位于两个在一个轴上相对置的车轮之间)。
图6a在此示出了第一联接模块121和第二联接模块122在车轮外侧联接到第一轴11和第二轴12的实施例。图6b的实施例示出了所述另外的第一联接模块121'联接在第一轴11的车轮内侧上以及所述另外的第二联接模块单元122'联接在第二轴12的车轮内侧上的可能性。在该示例中，不需要形成第一和第二联接模块121、122。
在另外的实施例中，同样可以在车轮外侧实现与第一轴11的联接，而与第二轴12的联接在车轮内侧实现(或相反地)。
图7示出了磁力作用的工作模式，该装置类似于图5中可以看到的实施例。因此，这里不需要重复的描述。
图7示出了处于升高位置的磁力制动器，在制动过程期间离开该升高位置，并且支架模块110朝向轨道30运动，具体地直至达到在磁体的下部部段和轨道30之间的预定气隙33。该预定的气隙例如具有在5mm至9mm的范围内或在5mm和15mm之间的范围内的量级。
在磁力制动器被激活之后，通过磁体210、220产生吸引力，该吸引力例如可以导致支架模块110如此强烈地被拉向轨道，使得可能出现支架模块110的弯曲。因此，可能需要存在操纵气缸(其例如设计成空气波纹管)，其根据所施加的制动力实施反制措施，使得气隙33尽可能均匀地被维持在支架模块和轨道30之间。
因为至今的制动器支架由于重量减轻和由于其钢材料而出现扭曲，所以过去构成环形波纹管，其实现气动的卸荷，以便由此以期望的方式设定气隙。现在，本发明的实施例提供的优点在于，可以如此选择支架模块110的横截面或其材料，使得不会发生支架模块的弯曲或仅发生支架模块的轻微弯曲，从而可以弃用环形波纹管并且尽管如此仍然产生足够的制动作用和期望的气隙。
本发明的重要方面也可概括如下。
通过将整体式支架在功能上划分为三个主要组件，可以与功能适配地选择材料和制造方法。三个主要组件或子模块包括：磁段支架(作为自支撑的段支架的支架模块110)、角度螺纹连接器(连接模块130)和竖直力传递器(支撑臂控制台或联接模块120)。因此，提供了灵活和可扩展的构思解决方案。
进一步有利的构造在于：支撑臂控制台120与支撑臂125可以设计成整体式构件。此外，可以使(连接模块130的)曲柄向内或向外设计。曲柄130的具体设计能够根据轮组轴承的位置实现。此外，根据一个另外的实施例可以给磁体盒支架(支架模块110)仅部分地配备磁体。
因此，实施例考虑到新的高速列车的发展的主要趋势，其包括轴载荷的减小。在这方面，示例性的涡流制动器(ecb)提供额外的质量贡献并且增加相应转向架(bogie)的轴载荷。特别地，不可能将每个单独的涡流制动器的质量分配给整个列车。现有的涡流制动器具有约0.8kg/kw的重量/功率比(在200km/h时)。如分析所显示，在某些情况下，应可获得允许实现小于0.6kg/kw的重量/功率比(在200km/h时)的涡流部件质量。
在涡流制动器框架的新构造中，应该注意，用于安装的结构空间保持不变。其他部件在应当无改变地被采纳(例如磁体线圈，制动力传递连接件，空气波纹管和支撑架)。
实施例的另一个优点在于，新的框架构思可以应用于具有各种不同轴间距的各种极不同的转向架和用于制动装置的各种不同自由空间。例如，可以使用完全对称的磁极布置或磁极的部分对称布置。
可以根据轴之间的可用空间来选择磁体线圈的数量。也可以利用磁体的优化的极间距(因为支架模块的总长度可以可变地调节)。例如实施例包括在支架模块110内的8或16个磁极或磁体线圈。
此外，可以将涡流制动器框架安装在具有外侧保持件和/或内侧保持件的车架(转向架)上。此外，可以自由选择对称或非对称布置。在具有外侧保持件的车架的情况下，支撑臂125和支撑臂控制台120固定在车轮的外侧上。在内侧保持件的情况下，支撑臂125和支撑臂控制台120固定在车轮的内侧上。
在说明书、权利要求书和附图中公开的本发明的特征可以不仅单独地而且可以以任意组合对于实现本发明是重要的。
附图标记列表
10轴
20、21、22车轮
30、31、32轨道
33气隙
80转向架
82弹簧加载的车轮悬架
110支架模块
120、121、122,…联接模块
120'、121'、122'另外的联接模块
125支撑臂
130、131、132,…连接模块
130'、131'、132'另外的连接模块
140轨迹保持件
150调节装置
200操纵元件
210第一磁极
220第二磁极
m相邻的轴之间的中心线