Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bremsen eines rotierenden Elementes einer Anordnung mit einer rotierenden Wirbelstrombremse, die einen drehfest mit dem rotierenden Element verbindbaren Rotor und einen an der Anordnung ab- stützbaren Stator aufweist, und mit einer durch einen Regelbefehl einer Regeleinrichtung geregelten elektrischen Energiequelle, die geeignet ausgebildet ist, im Bremsbetrieb eine Erregerspulenanordnung des Stators derart mit Drehstrom zu speisen, dass ein Drehfeld des Stators mit einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit rotiert.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung mit einem rotierenden Element und mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum Bremsen des rotierenden Elementes .

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 200 03 579 U1 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Bremsbetrieb weiter zu optimieren. Gelöst wird diese Aufgabe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, dass durch eine mittels des Regelbefehls bewirkte Einstellung der elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators die momentane Differenz zwischen einer mo- mentanen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors und der eingestellten elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators auf einen der Regeleinrichtung vorgegebenen oder durch die Regeleinrichtung bestimmten Sollwert geregelt wird.

Dem entsprechend ist die Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet ausgebildet, durch eine mittels des Regelbefehls bewirkte Einstellung der elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators die momentane Diffe- renz zwischen einer momentanen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors und der eingestellten elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators auf einen der Regeleinrichtung vorgegebenen oder durch die Regeleinrichtung bestimmten Sollwert zu regeln.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn vor dem Bremsbetrieb der elektrische Widerstand und die elektrische Induktivität des Rotors bestimmt werden und wenn der Sollwert

entsprechend einem der folgenden Zusammenhänge:

oder

oder

oder ermittelt wird, wobei eine der Regeleinrichtung vorgegebene oder in der Regeleinrichtung hinterlegte Regeldifferenz ist. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine mittels des Regelbefehls bewirkte Einstellung des Drehstromes im Stator ein momentanes elektrisches Bremsmoment des Rotors auf einen der Regeleinrichtung vorgegebenen oder durch die Regeleinrichtung bestimmten Bremsmomentsollwert geregelt.

Entsprechend wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet ist, durch eine mittels des Regelbefehls bewirkte Einstellung des Drehstromes im Stator ein momentanes elektri- sches Bremsmoment des Rotors auf einen der Regeleinrichtung vorgegebenen oder durch die Regeleinrichtung bestimmten

Bremsmomentsollwert zu regeln.

Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei dem er- findungsgemäßen Verfahren mittels redundanter Drehzahlgeber einer Sensoreinrichtung Drehzahlistwerte des Rotors ermittelt werden und wenn mittels einer Steuereinrichtung aus den Drehzahlistwerten ein momentaner Drehzahlwert bestimmt wird, aus dem die momentane elektrische Winkelgeschwindigkeit des Ro- tors gemäß dem folgenden Zusammenhang:

ableitbar ist, wobei p die Polanzahl der Erregerspulenanord- nung ist.

Es wird entsprechend als vorteilhaft angesehen, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Sensoreinrichtung geeignet ausgebildet ist, mittels redundanter Drehzahlgeber Drehzahl- istwerte des Rotors zu ermitteln und wenn eine Steuereinrichtung geeignet ausgebildet ist, aus den Drehzahlistwerten einen momentanen Drehzahlwert zu bestimmen, aus dem die momen- tane elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors gemäß dem folgenden Zusammenhang: ableitbar ist, wobei p die Polanzahl der Erregerspulenanordnung ist.

Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei dem erfin- dungsgemäßen Verfahren mittels Strommessern der Sensoreinrichtung Phasenstromistwerte ermittelt werden und wenn mittels der Regeleinrichtung aus den Phasenstromistwerten ein momentaner Drehstrom bestimmt wird, aus dessen Amplitude das momentane elektrische Bremsmoment des Rotors nach folgendem Zusammenhang: ableitbar ist, wobei die elektrische Induktivität des

Rotors ist und wobei die Koppelinduktivität zwischen Ro

tor und Stator ist.

Entsprechend wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Sensoreinrichtung geeignet ausgebildet ist, mittels Strommessern Phasenstromistwerte zu ermitteln, und wenn die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet ist, aus den Phasenstromistwerten einen momentanen Drehstrom zu bestimmen, aus dessen Amplitude das momentane elektrische Bremsmoment des Rotors nach folgendem Zusammenhang: ableitbar ist, wobei die elektrische Induktivität des

Rotors ist und wobei die Koppelinduktivität zwischen Ro

tor und Stator ist. Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figur 1 näher erläutert. Die

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Anordnung mit einem rotierenden Element und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bremsen des rotierenden Elementes, die eine Regeleinrichtung umfasst. Bei der in der Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung 1 handelt es sich um ein Schienenfahrzeug. Das Schienenfahrzeug ist mit rotierenden Elementen 2 in Form von Wellen versehen, von denen in der Figur 1 nur eine dargestellt ist. Jede dieser Wellen bildet eine Radachse, an der jeweils zwei Räder 3 befestigt sind. Die Wellen sind über hier nicht gezeigte Radlager drehbar an einem hier nur teilweise dargestellten Drehgestell 4 des Schienenfahrzeugs gehalten ist. Das Schienenfahrzeug ist weiterhin mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bremsen zumindest einer der Wellen verse- hen, die in der Figur 1 als Ganzes mit 5 bezeichnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 umfasst zumindest eine rotierende Wirbelstrombremse 6. Ein Rotor 7 der rotierenden Wirbelstrombremse 6 ist drehfest mit der gezeigten Welle ver- bunden. Ein Stator 8 der rotierenden Wirbelstrombremse 6 ist mittels einer Drehmomentstütze 9 am Drehgestell 4 des Schienenfahrzeugs abgestützt. Der Stator 8 weist eine hier nur schematisch dargestellte Erregerspulenanordnung 10 auf. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 eine elektrische Energiequelle 11, eine Sensoreinrichtung 12, eine Steuereinrichtung 13 und eine Regeleinrichtung 14, wobei die Regeleinrichtung 14 die elektrische Energiequelle 11 durch einen Regelbefehl R ansteuert.

Die elektrische Energiequelle 11 weist hier beispielhaft einen über eine elektrische Verbindung 15 an ein Eingangsnetz 16 angeschlossenen Umrichter 17 auf. Das Eingangsnetz 16 ist dabei beispielsweise vom Wechselspannungsbordnetz des Schienenfahrzeugs gebildet. Der Umrichter 17 umfasst hier beispielhaft einen Gleichrichter 18 und einen dem Gleichrichter nachgeschalteten Wechselrichter 19.

Alternativ hierzu könnte die elektrische Energiequelle auch einen an eine Gleichstrom-Batterie angeschlossenen Umrichter aufweisen, der einen Hochsetzsteller und einen nachgeschalteten Wechselrichter umfasst.

Mit dem Umrichter 17 ist ein hinsichtlich Spannung bzw. Strom sowie Frequenz variables Speisesystem für die Erregerspulenanordnung 10 des Stators 8 der Wirbelstrombremse 6 bereitgestellt.

Zur Steuerung dieses Speisesystems dient der Regelbefehl R, den der Umrichter 17 von der Regeleinrichtung 14 über einen Ansteuerpfad 20 empfängt. Der Ansteuerpfad 20 kann von einer Steuerleitung oder auch von mehreren Steuerleitungen gebildet sein.

Die an den Umrichter 17 über Anschlussleitungen 21, 22, 23 angeschlossene Erregerspulenanordnung 10 des Stators 8 der Wirbelstrombremse 6 wird hier im Bremsbetrieb durch den an das Eingangsnetz 16 angeschlossenen Umrichter 17 mit einem vom Regelbefehl R abhängigen Drehstrom derart gespeist,

dass ein Drehfeld des Stators 8 mit einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit rotiert. Damit ist die Wirbelstrombremse 6 drehbestromt und feldorientiert geregelt. Der Drehstrom ist hier in dem Fachmann bekannter Weise als Vektor in

feldorientierten dq-Koordinaten angegeben.

Die gezeigte Regeleinrichtung 14 ist dabei so ausgebildet, dass - durch die mittels des Regelbefehls R bewirkte Einstel- lung der elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators 8 - die momentane Differenz zwischen einer momentanen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 und der eingestellten elektrischen Winkelgeschwin- digkeit des Drehfeldes des Stators 8 auf einen hier durch die Regeleinrichtung 14 bestimmten Sollwert gere

gelt wird. Die Steuereinrichtung 13 weist zwei unabhängige Steuergeräte 24, 25 in Form von Bremssteuergeräten auf, die über einen Datenbus 26 an eine zentrale Fahrzeugsteuerung 27 angeschlossen sind. Zur Bestimmung des Sollwertes werden vor dem

Bremsbetrieb der elektrische Widerstand und die elektri

sche Induktivität des Rotors 7 bestimmt und an Speicher

plätzen 28, 29 in der Regeleinrichtung 14 hinterlegt. Außerdem kann der Regeleinrichtung 14 von der Steuereinrichtung 13 über eine Verbindung 30 eine Regeldifferenz vorgegeben werden. Alternativ könnte aber auch vorgesehen sein, diese Regeldifferenz an einem Speicherplatz in der Regeleinrichtung 14 zu hinterlegen. Die Sensoreinrichtung 12 weist achsweise zwei redundante, die Anzahl der Umdrehungen der Radachse zählende Drehzahlgeber 31, 32 auf, mittels derer Drehzahlistwerte des mit der Radachse drehfest verbundenen Rotors 7 ermittelt werden .

Die Drehzahlistwerte werden über Verbindungen 33, 34 von den zwei unabhängigen Steuergeräten 24, 25 der Steuereinrichtung 13 eingelesen. Die Steuereinrichtung 13 bestimmt aus den beiden Istwerten einen mo-

mentanen Drehzahlwert und übermittelt diesen über eine Verbindung 35 an die Regeleinrichtung 14.

Die Regeleinrichtung 14 leitet mittels einer internen Logik 36 aus dem Drehzahlwert die momentane elektrische Winkel- geschwindigkeit des Rotors 7 gemäß dem folgenden Zusammen

hang :

ab, wobei p die Polanzahl der Erregerspulenanordnung 10 ist, die ebenfalls vor dem Bremsbetrieb ermittelt und an einem Speicherplatz 37 in der Regeleinrichtung 14 hinterlegt ist.

Den Sollwert ermittelt die Regeleinrichtung 14 mittels einer internen Logik 38 vorwählbar entsprechend einem der folgenden Zusammenhänge:

oder

oder

oder

Anhand der momentanen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 und des Sollwertes ermittelt die Regeleinrichtung 14 mittels einer internen Logik 39 die elekt- rischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators 8, die mittels des Regelbefehls einzustellen ist, damit die momentane Differenz auf den Sollwert

gebracht wird. Die Umwandlung der mittels der internen Logik 39 ermittelten Winkelgeschwindigkeit in den Regelbefehl R erfolgt durch einen Regler 40 der Regeleinrichtung, der dann den Regelbefehl R an den Umrichter 17 aussteuert. Die Regeleinrichtung 14 regelt also über die Einstellung der Winkelgeschwindigkeit des Drehfeld des Stators 8 die momentane Differenz zwischen der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 und der eingestellten Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators 8 auf den vor- gegebenen Sollwert

Untersuchungen haben gezeigt, dass zwischen der Kippwinkelgeschwindigkeit des Rotors 7 - also der Winkelgeschwin

digkeit des Rotors 7, bei der sein Kippmoment auf

tritt - sowie dem Widerstand der Rotors 7 und der elektrischen Induktivität des Rotors 7 folgender Zusammenhang besteht :

Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn die Regeleinrichtung 14 bei der Einstellung des Drehfeldes des Stators 8 als Sollwert den Wert:

oder den Wert

berücksichtigt. Denn dann wird die Kippwinkelgeschwindigkeit des Rotors 7 dynamisch auf die aktuell bestimmte elekt- rische Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 eingestellt, so

dass bei jeder beliebigen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 durch entsprechende dynamische Nachführung der Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des Stators 8 das

Kippmoment erreicht werden kann. Dies ermöglicht in

vorteilhafter Weise effektive Bremsungen bis in den Stillstand des Schienenfahrzeugs .

Die gezeigte Regeleinrichtung 14 ist außerdem so ausgebildet, dass durch eine mittels des Regelbefehls R bewirkte Einstel- lung des Drehstromes im Stator 8 ein momentanes elektri- sches Bremsmoment des Rotors 7 auf einen Bremsmomentsollwert geregelt wird.

Der Regeleinrichtung 14 wird dazu bei der gezeigten erfin- dungsgemäßen Anordnung 5 von der Steuereinrichtung 13 über eine Verbindung 41 ein Bremsmomentsollwert in ortsfesten abc-Koordinaten vorgegeben. Mittels einer internen Logik 42 bestimmt die Regeleinrichtung 14 aus dem Bremsmomentsollwert in den ortsfesten abc-Koordinaten den

Bremsmomentsollwert in den feldorientierten dq-

Koordinaten .

Alternativ könnte der Bremsmomentsollwert der Regel

einrichtung 14 vorgegeben werden.

Ferner könnte alternativ der Bremsmomentsollwert in der Regeleinrichtung 14 hinterlegt sein. Es könnte aber auch direkt der Bremsmomentsollwert in der Regeleinrichtung 14 hinterlegt sein.

Neben der gezeigten drehbestromten und feldorientiert geregelten Wirbelstrombremse 6 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 weitere derartige drehbestromte und feldorientiert geregelte Wirbelstrombremsen aufweisen. Es kann also beispiels- weise vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 14 der erfindungsgemäße Vorrichtung 5 die Energiequelle 11 durch weitere Regelbefehle regelt, um auch Erregerspulenanordnungen von Statoren der weiteren Wirbelstrombremsen mit weiteren Drehströmen derart zu speisen, dass Drehfelder der Statoren der weiteren Wirbelstrombremsen mit weiteren elektrischen Winkelgeschwindigkeiten rotieren. Es ist aber auch denkbar Gruppen der Wirbelstrombremsen durch einen gemeinsamen Regelbefehl zu regeln. Außerdem weist die Sensoreinrichtung 12 Strommesser 43, 44, 45 auf, mittels derer Phasenstromistwerte ermittelt werden. Die Phasenstromistwerte werden über Verbindungen 46, 47, 48 an die Regeleinrichtung übermittelt und sind in der Figur 1 als Vektor in abc-Koordnaten bezeichnet.

Aus den Phasenstromistwerten bestimmt die Regelein

richtung 14 mittels einer internen Logik 49 einen momentanen Drehstrom in den dq-Koordinaten und mittels einer in

ternen Logik 50 dessen Amplitude

Aus der Amplitude des momentanen Drehstromes

leitet die Regeleinrichtung 14 dann mittels einer internen Logik 51 das momentane elektrische Bremsmoment des

Rotors 7 nach folgendem Zusammenhang: ab, wobei wieder die am Speicherplatz hinterlegte elektrische Induktivität des Rotors 7 ist. Dabei ist die Kop

pelinduktivität zwischen Rotor 7 und Stator 8, die ebenfalls vor dem Bremsbetrieb ermittelt und an einem Speicherplatz 52 in der Regeleinrichtung 14 hinterlegt wurde. Die momentane Differenz zwischen der momentanen elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 7 und der eingestellten

elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes des

Stators 8 wird vom Regler 40 bestimmt und der internen Logik 51 bereitgestellt.

Abschließend sei noch angemerkt, dass die Regeleinrichtung 14 die von ihr bestimmten oder in ihr hinterlegten Werte über zumindest eine Verbindung 53 - hier beispielhaft - an die Steuereinrichtung 13 übermittelt, um diese vorzugsweise für Warnzwecke und/oder Diagnosezwecke zu nutzen und damit Schäden der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 vorzubeugen.