Elektrohydraulischer Antrieb zum Umstellen von auffahrbaren und nichtauffahrbaren Weichen in Eisenbahnanlagen
Die Erfindung betrifft einen Elektrohydraulischen Antrieb zum Umstellen von auffahrbaren und nicht auffahrbaren Weichen in Eisenbahnanlagen, bei dem das Umstellen der Weichen durch durch Druckmittel betätigte Stellzylinder erfolgt und das Druckmittel von einem Pumpenaggregat über Steuerventile dem entsprechenden Stellzylinder zugeführt wird. Zum Umstellen der Weichen im Eisenbahn-Sicherungswesen werden im allgemeinen elektromechanische Systeme verwendet. Hierbei wird beim Umstellvorgang vom Stellwerk aus ein im Weichenantriebsgehäuse eingebauter Elektromotor in Gang gesetzt, der über eine einstellbare Rutschkupplung, über ein Getriebe mit entsprechenden Überwachungs- und Rückmeldungsorganen die Weiche umstellt und diese in ihrer Endlage mit einer bestimmten Kraft festhält.
Die definierte und gleichbleibende Einhaltung dieser Kräfte erwies sich neben einigen anderen Forderungen als besonders schwierig, da die am Gleis angeordneten Weichenantriebe rauhen Betriebs- und Umweltsbedingungen ausgesetzt sind und hierdurch die zum Einstellen der zulässigen Stell-, Festhalte- und Auffahrkräfte verwendeten Reibungsund Überlastkupplungen abhängig von denauftretendenTemperaturschwankungen usw. nicht gleichmässig wirken.
Weitere Schwierigkeiten treten durch die Wartung auf, da bei der Vielzahl der Aufgaben, die ein Weichenantrieb zu erfüllen hat, ein relativ hoher Aufwand an beweglichen Teilen erforderlich ist und damit ein entsprechend hoher Verschleiss verbunden ist.
Durch die aufwendige Mechanik wird sowohl der Wirkungsgrad herabgesetzt, was im Hinblick auf weite Stellentfernungen Zuleitungsprobleme aufwirft, als auch den Bemühungen um eine Verkleinerung des Gerätes eine festigkeitsbedingte Grenze gesetzt.
Die Nachteile der aufwendigen Mechanik können durch die Verwendung einer hydraulischen Weichenstellvorrichtung vermieden werden.
Eine bekannte hydraulische Weichenstellvorrichtung (Deutsche Patentschrift Nr. 1 155 159), die aus einem Stellzylinder und einer mit dem Stellzylinder über ein Ventil in Verbindung stehenden Pumpe sowie einem in die Weichenstellvorrichtung eingeschalteten Reservebehälter besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reservebehälter zwischen der Pumpe und dem Ventil angeordnet und in der Art eines Zylinders ausgebildet ist, in welchem ein Kolben geführt wird, der durch das im Reservebehälter hindurchgeführte Druckmittel gegen eine im Reservebehälter vorgesehene Feder oder ein ähnliches elastisches Speicherelement gedrückt wird, wobei die Pumpe bei Erreichen einer gewissen Endstellung der Feder automatisch ab- und bei Erreichen einer bestimmten entlastenden Stellung der Feder automatisch eingeschaltet wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe, durch die Verwendung eines elektrohydraulischen Antriebs zum Umstellen der Weichen die vorerwähnten Nachteile der bekannten elektromechanischen Weichenantriebe zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass für das Umstellen der Weichen, bei dem im Normalbetrieb das Pumpenaggregat während der Dauer des Umstellvorganges eingeschaltet ist, zum Einstellen einer zulässigen Stellkraft zwischen dem Pumpenaggregat und den Steuerventilen ein Überdruckventil angeordnet ist und zum Einstellen zulässiger Festhalte- und Auffahrkräfte der Druckmittel-Förderkreis zwischen dem Pumpenaggregat und den Stellzylindern nach dem Erreichen der Weichenendlagen unterbrochen wird.
Der erfindungsgemässe elektrohydraulische Antrieb hat gegenüber dem elektromechanischen Antrieb folgende Vorteile: besseren Wirkungsgrad und damit volle Stellkraft bei maximal zulässiger Stellentfernung; weniger bewegliche Teile, dadurch geringerer Verschleiss; geringerer Wartungsaufwand; kleinere Abmessungen, damit günstigere Anbauverhältnisse am Gleis, und einfachere Einstellung der Stell-, Festhalte- und Auffahrkräfte.
Weiter ist es vorteilhaft, dass die den Stellzylindern zugeordneten Steuerventile unabhängig von den Lagen der Kolben in den Stellzylindern zum Umstellen der Weichen in ihre entsprechenden Arbeitslagen steuerbar sind.
Um Einflüsse der gesamten Druckmittel-Förderkreise und an diese angeschlossener Vorrichtungen auf die Einstellung der Festhalte- und Auffahrkräfte zu vermeiden, sind vorzugsweise in der Grundstellung der Steuerventile die Druckmittel Förderkreise zu den Stellzylindern unterbrochen.
Bei auffahrbaren Weichen ist es zweckmässig, zwischen den von dem Pumpenaggregat abgetrennten Druckmittel Förderkreis der Stellzylinder zum Einstellen bestimmter Festhalte- und Auffahrkräfte Überdruckventile anzuordnen.
In den Fällen, bei denen umzustellende Weichen mit einer sogenannten Innenverriegelung versehen sein müssen, kann der erforderliche zusätzliche Motor mit Getriebe bei den bekannten Weichenantrieben dadurch vermieden werden, dass zwischen dem die Stellkraft bestimmenden Überdruckventil und den Steuerventilen eine weitere Ventileinrichtung, z.B.
ein druck- und strömungsabhängiges Wechselventil, angeordnet ist, an deren zweitem Ventilausgang der Druckkolben für die Innenverriegelung mit den vorgeschalteten Steuerventilen angeschlossen ist.
Wird der erfindungsgemäss elektrohydraulische Antrieb zum Umstellen von Weichen in Anlagen ausserhalb Deutschlands verwendet, so können die Forderungen nach einer elektromechanischen Verriegelung der Weichen bestehen. Eine solche Forderung kann dadurch erfüllt werden, dass in die Steuerleitungen der den Stellzylindern zugeordneten Steuerventilen Kontakte, die von den elektromagnetischen Riegeln gesteuert werden, angeordnet sind.
Besteht die Forderung, dass eine im Umstellen begriffene Weiche bei einer Störung des Pumpenaggregats ihre Endlage unbedingt erreichen soll, die beispielsweise in Ablaufanlagen erfüllt werden sollte, so kann zwischen dem Pumpenaggregat und den Steuerventilen ein teilweise mit einem gasförmigen Stoff gefüllter Druckbehälter in dem Druckmittel-Förderkreis angeordnet sein.
Hierbei ist es vorteilhaft, in die Steuerleitungen der Steuerventile Kontakte eines Unterdruckschalters der Art anzuordnen, dass bei einem bestimmten Unterdruck in dem Druckmittel-Förderkreis die Steuerleitungen unterbrochen werden.
Um einen bestimmten Druck in dem Druckbehälter auch dann zur Verfügung zu haben, wenn eine Weiche relativ wenig umgestellt wird, können in die Anschaltstromkreise des Pumpenmotors weitere Kontakte des Unterdruckschalters angeordnet sein, so dass beim Ansprechen des Unterdruckschalters der Pumpenmotor so lange eingeschaltet wird, bis der vorbestimmte Druck im Druckbehälter wieder erreicht ist.
Die Erfindung sei anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In den Figuren sind nur die Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung unbedingt erforderlich sind.
Die Ausführungsbeispiele zeigen in
Fig. 1 den elektrohydraulischen Antrieb mit einer zusätzlichen Innenverriegelung der Weiche,
Fig. 2 den Antrieb mit einer elektromechanischen Verriegelung und
Fig. 3 einen z.B. für Ablaufanlagen verwendbaren Antrieb.
Der in der Fig. 1 dargestellte elektrohydraulische Antrieb besteht aus einem Pumpenaggregat mit der Pumpe P und einem Elektromotor M, einem Überdruckventil D, den Steuerventilen WS, mit den Steuerlagen 1 und r und den Stellzylindern AK mit einem Antriebskolben. Diese Vorrichtungen sind durch Druckmittel-Förderkreise verbunden. Wird eine Innenverriegelung der betreffenden Weiche gefordert, z.B. als nicht auffahrbare Weiche auf Schnellfahrstrecken, so können in den Druckmittel-Förderkreis zwischen Pumpenaggregat P + M und den Steuerventilen WS die in der Figur durch eine strichpunktierte Linie umgrenztenVorrichtungenJ, z.B. ein druck- und strömungsabhängiges Wechselventil JD 1 und ein Druckkolben JK mit vorgeschalteten Steuerventilen JWS, angeordnet werden.
Die Stellzylinderanordnung ist in der Fig. 1 beispielsweise so ausgeführt, dass den beiden Stellzylindern AK1 und AKr nur ein Kolben mit einer durchgehenden Kolbenstange zugeordnet ist. Je nach der Bewegung und der Lage des Kolbens in den Zylindern wird die zugehörige Weiche in die entsprechende Endlage gebracht. Diese Endlagen können beispielsweise durch die Kontakte El bzw. Er überwacht werden.
Die dargestellte Stellzylinderanordnung hat in vorteilhafter Weise in beiden Druckrichtungen die gleichen wirksamen Kolbenflächen, so dass in beiden Richtungen die gleichen Stellkräfte proportional dem Druck des Druckmittels in den Förderkreisen wirken. Weiterhin wird die Kolbenstange parallel geführt, so dass der Kolben gegen seitliche Kräfte entlastet wird. Eine weitere Entlastung gegen seitliche Kräfte kann dadurch erreicht werden, dass die Kolbenstange nicht fest mit der Stellstange der Weiche verbunden wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung der Stellzylinder besteht darin, dass der gleiche Antrieb unabhängig von der Anordnung des Antriebes am Gleis - rechts oder links - zum Umstellen der entsprechenden Weichen verwendet werden kann.
Als Steuerventile, z.B. WS, ist beispielsweise ein Steuerventil mit Mittellage verwendet, das in dieser Lage die Druckmittel-Förderkreise der Stellzylinder AK von dem Pumpenaggregat P + M abtrennt.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen elektrohydraulischen Antriebes sei anhand eines Umstellvorganges für eine Weiche beschrieben, bei dem der Steuerkolben in die Lage 1 bewegt werden soll, die z. B. der linken Weichenlage entspricht. Weiterhin ist angenommen, dass die Weiche ohne Innenverriegelung verwendet wird, so dass der Schaltungsteil J in Fig. 1 entfällt und der Druckmittel-Förderkreis von dem Pumpenaggregat M $ P über das Überdruckventil D direkt mit dem Steuerventil WS verbunden ist.
Zum Umstellen der Weiche wird über die Leitungen Sp der Motor M eingeschaltet und über die Leitungen US dem Steuerventil WS ein über die Umstellzeit der Weiche andauernder Stellimpuls zugeführt, der das Ventil aus einer Mittelstellung in die Lage 1 bewegt und die Druckmittel Förderleitungen der Stellzylinder AK mit den Förderleitungen des Pumpenaggregats durchverbindet.
Mit dem Anlaufen des Pumpenaggregats wird Öl aus dem Ölvorratsbehälter B angesaugt und in die Leitung mit dem Überdruckventil D geschickt. Dieses Druckbegrenzungsven til D ist auf einen der vorbestimmten Stellkraft entsprechenden Druck eingestellt und stellt gleichzeitig eine Überlastsicherung dar, indem es bei höherem Druck als die Stellkraft einen Nebenkreis öffnet und einen entsprechenden Teil des geförderten Drucköls wieder in den Behälter B zurückströmen lässt.
Durch den im Förderkreis anstehenden Druck wird Drucköl in den Stellzylinder AKr gefördert, das den Kolben nach links bewegt und das Ol aus dem Zylinder AKI über den entsprechenden Förderkreis und das Steuerventil WS in den Behälter B drückt. Erreicht der Antriebskolben nahezu die Endlage 1, d.h. die Weiche befindet sich nun in ihrer Endlage, so kann beispielsweise der Kontakt El betätigt werden und abhängig von diesem einerseits das Steuerventil in seine Mittellage gesteuert und anderseits das Pumpenaggregat von dem Speisestrom über die Leitungen Sp abgeschaltet werden. Beim Erreichen der Weichenendlage kann abhängig vom Abschaltvorgang im Antrieb die anliegende Weichenzunge mit der höchstzulässigen Stellkraft bewegt werden.
Durch das Einstellen und Begrenzen der Stellkraft durch das Überdruckventil D ist es möglich, eine konstante Stellkraft unabhängig von Temperaturschwankungen, Umwelteinflüssen - wie Feuchtigkeit, Rost, Reibungswärme - und Verschleiss zu erreichen. Weiterhin ist eine stufenlose Einstellung der Stellkraft möglich.
Mit dem Zurückstellen des Steuerventils WS in seine Mittellage werden die Druckmittel-Förderkreise der Stellzylinder AK unterbrochen, und das in den Stellzylindern und in den Kreisen befindliche Drucköl hält den Kolben in seiner Lage fest. Hierdurch würden die Bedingungen für nichtauffahrbare Weichen erfüllt, da die Festhalte- und Auffahrkräfte durch die mechanische Festigkeit der Weichenstellstangen und der Bauteile des elektrohydraulischen Antriebs festgelegt werden können.
Soll der Antrieb für auffahrbare Weichen verwendet werden, bei denen die Weichen von den Rädern eines Zuges gewaltsam umgestellt werden, so müssen die Weichenzungen bis zu bestimmten Festhalte- und Auffahrkräften in ihrer Lage gehalten werden, ehe sie durch einen Auffahrvorgang aus ihrer Endlage bewegt werden können. Es wird dies dadurch erreicht, dass zwischen den beiden Druckmittel-Förderkreisen der Stellzylinder AKI und AKr Überdruckventile AKD, z.B.
in den Antriebskolben, angeordnet sind, die bei einer bestimmten Auffahrkraft sich öffnen und einen Druckmittelaustausch zwischen den beiden Stellzylindern ermöglichen, ohne dass ein Teil des Weichenantriebs mechanisch zerstört wird.
Durch diese Überdruckventile können in einfacher Weise die zulässigen Festhalte- und Auffahrkräfte stufenlos eingestellt werden, wobei die bei den bekannten elektromechanischen Weichenantrieben erforderlichen komplizierten Festhalteund Auffahrkupplungen vermieden werden.
Werden Weichen betriebsbedingt als auffahrbare und nichtauffahrbare Weichen verwendet, beispielsweise als Rangierweichen bzw. als Weichen in Schnellfahrstrecken mit der sogenannten Innenverriegelung, so muss diese wahlweise vom Stellwerk aus wirksam oder unwirksam geschaltet werden können. In diesen Fällen werden beispielsweise die in der Fig. 1 im strichpunktierten Feld J dargestellten Schaltelemente JD 1, JWS und JK zusätzlich im Antrieb angeordnet.
Das Ventil JD 1 ist beispielsweise ein an sich bekanntes druck- und strömungsabhängiges Wechselventil. Das Steuerventil JWS wirkt in gleicher Weise wie das Steuerventil WS.
In der Grundstellung a des Druckkolbens JK ist die angekop pelte Innenverriegelung in der Ruhestellung, und die Weiche kann ohne weiteres aufgefahren werden.
Soll eine innenverriegelte Weiche umgestellt werden, so wird beispielsweise zuerst der Pumpenmotor M über die Leitungen Sp eingeschaltet, dann das Ventil über die Steuerleitung JS in die Stellung al gebracht. Hierdurch wird, nachdem der Druckkolben JK in die Lage a gedrückt wurde, die Innenverriegelung freigegeben. Danach wird, wie bereits beschrieben, durch das Umstellen des Steuerventils WS in die entsprechende Lage die Weiche umgestellt. Nach erfolgter Umstellung der Weiche wird das Steuerventil JWS durch ein entsprechendes Kennzeichen über die Leitungen JS in die Lage V1 gesteuert, wodurch der Druckkolben JK in die Lage V bewegt wird und die Weiche in der eingestellten Endlage verriegelt. Nach dem Abschalten der Steuerkennzeichen an den Leitungen JS, US und Sp befindet sich der Weichenantrieb wieder in der Ruhestellung.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Antrieb mit einer elektromechanischen Verriegelung, wie sie beispielsweise in Ländern ausserhalb Deutschlands erforderlich ist, dargestellt. Gleiche in den Fig. 2 und 1 dargestellte Teile sind mit gleichen Bezeichnungen versehen.
Bei verriegelter Weiche befindet sich der elektromagnetische Riegel RM in einer der Aussparungen des Schiebers S und der Kontakt K1 ist geöffnet. Soll die Weiche umgestellt werden, so wird zuerst über die Leitungen L1 und L2 der Magnetspule des Riegels RM Strom zugeführt. Der Riegel gibt den Schieber S frei und schliesst den Kontakt K1. Über den Kontakt K1 wird nun das Steuerventil WS in die für den Weichenumlauf entsprechende Lage gesteuert. Da gleichzeitig mit dem Ansteuern des elektromagnetischen Riegels RM über die Leitungen Sp das Pumpenaggregat P $ M eingeschaltet wird, wird nun die Weiche in die andere Endlage umgestellt. Mit dem Erreichen der Endlage werden über nicht dargestellte Kontakte die Stromkreise zu dem Pumpenmotor M, den Steuerventilen WS und dem Riegel RM unterbrochen. Der Riegel RM fällt in die andere Aussparung des Schiebers S ein und öffnet den Kontakt K1.
Der Weichenantrieb befindet sich wieder in Grundstellung, und die Weiche ist verriegelt.
Um den Riegel RM beim Entriegeln der Weiche von Querkräften, die durch den Druck der anliegenden Weichenzunge auf den Schieber S hervorgerufen werden können, zu entlasten, ist es vorteilhaft, dass das Pumpenaggregat P + M mindestens mit der Anschaltung des Riegelmagneten einge schaltet wird und das Steuerventil kurzzeitig noch bzw. wieder in der bzw. die Stellung verbleibt bzw. gebracht wird, die der bestehenden Weichenendlage entspricht. Hierdurch wird mit dem Anlaufen des Pumpenaggregats M + P der Kolben der
Stellzylinder AK durch das Druckmittel in Richtung der be stehenden Endlage gedrückt und der Riegel RM von even tuellen Querkräften, die durch den Druck des Schiebers S auf den Riegel RM entstehen, befreit. Der weitere Umstellvor gang der Weiche erfolgt nun wie bereits beschrieben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen elektrohydraulischen Antriebs, insbesondere für Ablaufanlagen, ist in Fig. 3 dargestellt. In den Druckmittel-Förderkreis des Antriebs nach Fig. 1 zwischen dem Pumpenaggregat P + M und den Steuerventilen WS ist in Fig. 3 ein teilweise mit einem gasförmigen Stoff gefüllter Druckbehälter DB angeordnet. Die Grösse des Behälters und die Menge des gasförmigen Stoffes ist so bemessen, dass bei einem der zulässigen Stellkraft entsprechenden Druck des Fördermittels eine derartige Reserve zur Verfügung steht, die mindestens für das Umstellen einer Weiche von einer Endlage in die andereEndlage bei nicht anlaufendem Pumpenaggregat ausreicht. Hierdurch wird vermieden, dass bei einer Störung am Pumpenaggregat während eines Umstellvorganges eine Weiche eine ihrer beiden Endlagen nicht erreicht.
Soll die Forderung erfüllt werden, dass nach dem Ausfall des Pumpenaggregats noch mehrere Umstellungen einer Weiche erfolgen soll, so ist es vorteilhaft, ein Unterdruckventil UD vorzusehen, das beim Ansprechen die Steuerleitung der Steuerventile WS mit einem Kontakt K2 unterbricht, wobei das Unterdruckventil UD dann anspricht, wenn die Reserve im Druckbehälter für einen ganzen Umstellvorgang nicht mehr ausreicht.
Weiterhin ist es zweckmässig, unabhängig von der Weichenumstellung das Pumpenaggregat M + P abhängig von dem Ansprechen des Kontaktes K2 im Unterdruckschalter UD bzw. des Überdruckventils D ein- bzw. abzuschalten.
Hierdurch können beispielsweise durch die Schalthäufigkeit des Aggregats Störungen in dem Drucksystem angezeigt werden.