Magnetskenbroms

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Magnetskenbromsen är den gråblå stålanordningen mellan hjulen, omedelbart ovanför rälen.

Magnetskenbroms är en typ av broms som förekommer på spårburna fordon, framför allt spårvagnar och snabbtåg och som minskar den totala bromssträckan med cirka 25–30%. Magnetskenbromsen har god bromskraft, speciellt vid lägre hastigheter, och är oberoende av vädret (fukt på rälsen). Bromstypen är dock inte avsedd att användas ensam, då den kopplas ur vid hastigheter under 50 km/h på grund av för stor bromskraft (risk för skador på spåret).

Magnetskenbromsen består av en stor bromsback per sida som hänger centrerat ovanför rälsen och under boggiramen samt mellan hjulen. Bromsblocket släpps precis innan inbromsning ned cirka 15 cm med hjälp av tryckluftcylindrar, varefter strömmen kopplas in och magneterna suger fast mot rälsen. Magnetskenebromsen kompletterar andra bromstyper (block- och/eller skivbromsar). Magnetskenbromsen drar ner boggin mot rälsen med en kraft motsvarande 9 ton, och därmed ökar adhesionen mellan hjul och räls, och då blir även de vanliga bromsarna effektivare.

Magnetskenbromsen är i princip ett antal hästskomagneter som dras mot rälsens ovankant när en ström skickas genom magnetens spole. Spänningen är 24...600 V likspänning och ett antal spolar med koppartråd matas. På t.ex. svenska X31 och Regina används batterispänningen 110 V. Hela spolpaketet är skyddat med isolerande asbest och Mikanit (magnetskenebromsarna provas i fabrik i vatten och under spänning).

Bromskraften bestäms av:

• magnetbromsens längd (normalt cirka 100 cm)
• tryckkraften mot rälshuvudet
• friktionskoefficienten (cirka 4 kN per bromsmagnet, normalt 4 stycken bromsmagneter per vagn)

Vid 200 km/h motsvarar det en total bromskraft på 4*4 = 16 kN. Om en fullbelagd vagn väger 50 ton, innebär det en inbromsning kring 0,3 m/s² (enligt formeln F = m * a). Det motsvarar en järnväg med 3 % lutning. Vid 50 km/h har dock den totala bromskraften ökat till 40 kN, vilket i motsvarande grad ökar retardationen. Till denna kraft kommer ordinarie bromsar. Vid hastigheter under 50 km/h stängs magnetskenbromsen av, då bromskraften stiger extremt snabbt vid sjunkande hastighet (risk för skador på spåret). På spårvagnar sker urkopplingen vid lägre hastigheter och den är inte lika stark där.

Materialet i magnetskenbromsen är stål av typen St 37. Inga förslitningsskador uppstår på rälsens ovansida vid användandet av magnetskenebromsar och bromsen kan glida totalt 200 mil (motsv cirka 1.000 inbromsningar från 200 till 0 km/h) innan den måste ersättas.

Ett problem är att varje magnetskenbroms kräver en elektrisk effekt kring 1 kW eller motsvarande 4 kW för en vagn. Elenergin kan tas från tågvärmeledningen, men om denna skulle falla ifrån (om t ex kontaktledningen blir spänningslös) måste vagnens batterier (ofta 24 V användas). Om ett vägfordon rapporteras fastnat på en övergång brukar trafikledningen bryta matningen på järnvägen som en signal att omedelbart nödbromsa, vilket måste ske med batterier. Vidare blir vagnen cirka 1 ton tyngre med magnetskenbroms. Ett annat problem är att magnetens egenskaper försämras ju varmare magneten blir.

Användandet av magnetskenbroms för snabbtåg varierar mellan olika järnvägsförvaltningar och i olika länder. I Sverige krävs magnetskenbroms vid tillåtna hastigheter över 160 km/h, och i Tyskland vid 200 km/h, medan andra länder som Frankrike med sina TGV-tåg, Storbritannien och Japan har snabbtåg för hastigheter av 200 km/h eller mer, som ej använder magnetskenbroms. Magnetskenebroms är således inget absolut krav vid höga hastigheter, det är istället en av flera bromstyper som konstruktören kan använda. Ytterst handlar dock frågan om vilket bromssträcka som tåget skall kunna stanna inom. I Sverige tillåts plankorsningar vid 200 km/h tåghastighet, vilket det ej görs i Frankrike.

Virvelströmsbroms

En alternativ typ av broms är virvelströmsbromsar. Bromsen fungerar genom att mycket kraftiga virvelströmmar induceras i rälsen. Bromsen arbetar utan någon fysisk kontakt med rälsen men kräver samtidigt att avståndet (några millimeter mellan broms och räls) är konstant. 1 mm avvikelse innebär att bromskraften minskar med hela 10%.

Jämfört med magnetskenbromsen kräver virvelströmsbromsen betydligt högre effekt. Varje virvelströmbroms kräver en elektrisk effekt kring 28 kW eller motsvarande 112 kW för en vagn. En annan nackdel är att rälsen värms upp av virvelströmbromsen (risk för solkurvor).

Om vagnens batterier med 24 V skulle användas skulle strömstyrkan bli cirka 4.700 A. Ett alternativ för att minska strömmen är genom att använda 110 V batterier, vilket skulle minska strömstyrkan till "endast" kring 1.000 A. Ytterligare en nackdel med denna typ av bromsar är att banans signalsystem störs av virvelströmmarna.

Det finns också en alternativ virvelströmsbroms som påminner om skivbromsen, det vill säga virvelströmmar induceras i den roterande skivan. På så vis påverkas inte signalsystemet, men å andra sidan blir bromstypen beroende av friktionen mellan hjul och räls, då den verkar via hjulaxeln.

Att läsa vidare

• Den övergripande artikeln Tågbroms.
• "Das statische, dynamische und thermische Verhalten von Magnetschienenbremsen", Elektrische Bahnen, No 7/1988
• "BSI- Gliedermagnetschienenbremse", ZEV, maj 1980
• "Bremsen für Hochgeschwindigkeitszüge", ETR, november 1986