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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weichenanordnung für ein spurgebundenes Fahrzeug aufweisend wenigstens zwei miteinander gelenkig verbundene und bezüglich einer Grundfläche beweglich gelagerte Weichensegmente, wobei wenigstens ein Weichensegment einen Antrieb aufweist.
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Spurgebundene und insbesondere schienengebundene Mobilität ist ohne Weichen nahezu undenkbar. Im Laufe der Zeit hat sich eine Vielzahl verschiedener Weichenkonzepte mit individuellen Vor- und Nachteilen herausgebildet. Gemeinsam ist allen, dass spurgebundene Fahrzeuge von wenigstens einem Fahrweg durch die Weiche wahlweise auf einen von wenigstens zwei weiteren Fahrwegen geleitet werden können.
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Besondere Herausforderungen für Weichen ergeben sich bei Schwebefahrzeugen, da ein Fahrweg für Schwebefahrzeuge in der Regel eine besondere Form aufweist und das Schwebefahrzeug selbstverständlich auch bei Durchfahrt der Weiche in der Schwebe gehalten werden muss. Auch bei einem Ausfall der Schwebetechnik bei einer Durchfahrt der Weiche muss die Sicherheit des Fahrzeugs garantiert sein.
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Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere bei Weichenanordnungen für Schwebefahrzeuge vorteilhaft ist, die Weichenanordnung aus mehreren Segmenten aufzubauen. So offenbart die
DE 2 247 551 A1 beispielsweise eine Weichenanordnung mit mehreren miteinander gelenkig verbundenen und bezüglich einer Grundfläche beweglich gelagerten Weichensegmenten, wobei eine Weichenstellung der Weichenanordnung mittels an jedem Weichensegment angeordneter Antriebe beeinflusst werden kann.
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Nachteilig ist hierbei die begrenzte Flexibilität der Weichenanordnung, die sich beispielsweise darin manifestiert, dass die Weichenanordnung nur in eine Richtung bewegt werden kann, oder dass sich in der gekrümmten Stellung vergleichsweise große Lücken zwischen den Weichensegmenten bilden, die für die Schwebetechnik problematisch sind oder bei der Durchfahrt Stöße verursachen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit die Weichenanordnung nach dem Stand der Technik derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile überwunden werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Weichenanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
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Für die erfindungsgemäße Weichenanordnung für ein spurgebundenes Fahrzeug mit wenigstens zwei miteinander gelenkig verbundenen und bezüglich einer Grundfläche beweglich gelagerten Weichensegmenten, wobei wenigstens ein Weichensegment einen Antrieb aufweist, wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei Weichensegmente durch ein Gelenk miteinander verbunden sind, das wenigstens zwei Rotationsfreiheitsgrade und/oder wenigstens einen Translationsfreiheitsgrad, welcher wahlweise mit zumindest einem zusätzlichen Rotationsfreiheitsgrad ausgebildet ist, aufweist.
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Die möglichen Kombinationen der Bewegungsfreiheitsgrade des Gelenks erlauben es beispielsweise die Weichenanordnung in verschiedene Richtungen zu bewegen. Wie später noch gezeigt wird, ist hierdurch beispielsweise neben einer Y-förmigen ebenfalls eine X-förmige Weiche möglich. Weiterhin können Torsionsmomente, die möglicherweise auf die Weichenanordnung wirken, mit einem Gelenk mit dem entsprechenden Freiheitsgrad zumindest teilweise vermieden werden. Auch asymmetrische Gewichtsbelastungen bei einer Durchfahrt eines Fahrzeugs können durch das Gelenk abgefangen werden.
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Ein Translationsfreiheitsgrad erlaubt es der Weichenanordnung gestreckt oder gestaucht zu werden. Einerseits kann eine Lückenweite zwischen den Weichensegmenten in jeder Stellung eingestellt werden. Andererseits ist es damit möglich die Weichenanordnung kompakter zu gestalten, da die Weichenanordnung bei der Bewegung nicht zwangsläufig einer Kreisbahn folgen muss.
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Neben dem Rotationsfreiheitsgrad aus dem Stand der Technik, bei dem die Rotationsachse senkrecht zu einer Fahrwegsebene bzw. senkrecht zur Grundfläche verläuft sind weitere Rotationsfreiheitsgrade mit Rotationsachsen parallel zur Fahrwegsebene bzw. parallel zur Grundfläche denkbar.
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Eine Rotationsachse kann beispielswiese parallel zur Fahrwegsebene bzw. parallel zur Grundfläche und gleichzeitig im Wesentlichen parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufen. Dieser Freiheitsgrad kann eine Übertragung der bereits beschriebenen Torsionsmomente zwischen den Weichensegmenten der Weichenanordnung verhindern.
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Eine weitere Rotationsachse kann beispielsweise parallel zur Fahrwegsebene bzw. parallel zur Grundfläche und gleichzeitig im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufen. Dieser Freiheitsgrad kann die bereits beschriebene asymmetrische Gewichtsbelastung bei der Durchfahrt des Fahrzeugs abfangen.
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Die Weichensegmente sind beispielsweise aus Stahl und/oder Beton. Sie können ähnlich geformt sein wie feststehende Fahrwege vor und nach der Weichenanordnung. Beispielsweise können die Weichensegmente im Wesentlichen U-förmig sein, insbesondere mit einem überhängenden Abschnitt an dessen Unterseite eine Reaktionsschiene eines Schwebesystems angeordnet sein kann. Die einzelnen Weichensegmente können alle dieselbe Länge besitzen. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass einzelne Weichensegmente länger oder kürzer sind. Insbesondere ein Endsegment eines Weichenarms kann länger ausgebildet sein als die übrigen Segmente.
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Ein einzelnes längeres Segment kann beispielsweise aus mehreren fest miteinander verbundenen Segmenten aufgebaut sein. Das Gelenk ist vorzugsweise mittig an wenigstens jeweils einer Stirnseite der Weichensegmente angeordnet.
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Das Fahrzeug ist wie bereits angedeutet beispielsweise eine Magnetschwebebahn und insbesondere eine Magnetschwebebahn, die nach dem Kurzstatorprinzip arbeitet. In diesem Fall sind die aktiven Elemente des Schwebesystems und des Antriebs des Fahrzeugs beispielsweise ausschließlich im Fahrzeug angeordnet. Die Fahrbahn und insbesondere die Weichenanordnung weisen hierbei insbesondere einestromführende Schiene zur Energieübertragung in das Fahrzeug auf.
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Die Grundfläche der Weichenanordnung kann von einer oder mehreren Betonplatten gebildet sein. Darunter kann beispielsweise eine Betonschicht oder ein oder mehrere Stahlträger angeordnet sein. Falls die Weichenanordnung Bestandteil einer Hochbahn ist, ist die Grundfläche beispielsweise auf Stützen bzw. Auflagern angeordnet.
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Der Antrieb ist vorzugsweise als Elektromotor mit einer entsprechenden Kraftübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere weist die Weichenanordnung genau einen Antrieb für jeden beweglichen Weichenarm auf. Der Antrieb ist hierbei insbesondere mit dem Endsegment des Weichenarms verbunden. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass mehrere Antriebe vorliegen. Die Kraftübertragungseinrichtung kann beispielsweise eine Gewindestange sein. Der Antrieb kann drehbar gelagert sein, um eine Bewegung des angetriebenen Segments entlang einer Kurvenbahn zu ermöglichen. Im Notfall, beispielsweise bei einem Stromausfall, ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb zusätzlich manuell verstellt werden kann.
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Die Weichenanordnung kann insbesondere einen beweglichen Weichenarm aufweisen. Auf diese Weise lässt sich eine Y-Weiche realisieren, die das Fahrzeug von einem festen Fahrweg wahlweise auf einen von zwei weiteren festen Fahrwegen leitet. Weiterhin kann die Weichenanordnung vier bewegliche Weichenarme aufweisen. Auf diese Weise lässt sich eine X-Weiche realisieren, die Fahrzeugen von zwei parallelen festen Fahrwegen mit sehr geringem Spurmittenabstand, einen beidseitigen, wechselseitigen Spurwechsel ermöglicht, ohne dabei den Spurmittenabstand im Weichenbereich aufweiten zu müssen. Dies ermöglicht wiederum hohe Durchfahrgeschwindigkeiten im schmalen Parallelfahrweg. Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Gelenk als Kugelgelenk oder Kugelschubgelenk ausgebildet ist. Ein Kugelgelenk erlaubt Bewegungen um drei unabhängige Achsen. Die Vorteile der oben beschriebenen möglichen Rotationsfreiheitsgrade können mit dem Kugelgelenk gleichzeitig realisiert werden. Ein Kugelschubgelenk erlaubt zusätzlich zu den Rotationen um die drei unabhängigen Achsen noch eine translatorische Bewegung. Das Kugelschubgelenk hat also drei Rotationsfreiheitsgrade und einen Translationsfreiheitsgrad. Die Weichenanordnung kann also gestreckt oder gestaucht werden.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Weichensegment, insbesondere ein Anfangssegment, auf einem Drehlager gelagert ist. Mit dem Anfangssegment ist das erste Segment der Weichenanordnung aus der Sicht eines einfahrenden Fahrzeugs gemeint. Für eine Verstellung der erfindungsgemäßen Weichenanordnung ist nur eine geringe Verschiebung des Anfangssegments notwendig. Die Drehung um eine Achse des Drehlagers ist hierbei ausreichend.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Weichensegment, insbesondere ein Endsegment, mittels einer Gelenkstange mit dem vorhergehenden Weichensegment verbunden ist. Mit dem Endsegment ist das letzte Segment der Weichenanordnung aus der Sicht des einfahrenden Fahrzeugs oder das jeweils letzte Segment eines von mehreren Weichenarmen gemeint. In letzterem Fall sind die Endsegmente diejenigen Segmente, die einen Weichenarm mit einem anderen Weichenarm verbinden. Das Endsegment kann wie bereits beschrieben eine zu den anderen Weichensegmenten unterschiedliche Länge aufweisen. Auch können für die Lagerung und Führung des Endsegments im Vergleich zu den anderen Segmenten unterschiedliche Voraussetzungen bestehen. Insbesondere dient die Gelenkstange der Übertragung der Antriebskraft von dem Endsegment an die übrigen Weichensegmente.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Federelement jeweils zwei Weichensegmente miteinander verbindet. Ein Druck bzw. Zug des Federelements kann eine definierte Führung der Weichensegmente sicherstellen. Hierzu ist das Federelement beispielsweise derart ausgebildet, dass ein permanenter Druck von einem Führungsglied auf ein Führungselement (siehe unten) ausgeübt wird.
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Das Federelement kann beispielsweise eine Feder, einen Pneumatikzylinder oder ein Elastomerkissen umfassen. Das Federelement kann als Zugfeder- oder Druckfederelement ausgebildet sein. Insbesondere kann das Federelement seitlich an den Weichensegmenten angeordnet sein. Außerdem können jeweils zwei aufeinanderfolgende Federelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Weichensegmente angeordnet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass jeweils zwei Weichensegmente durch zwei Federelemente verbunden sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedes Weichensegment auf mindestens drei Stützpunkten gelagert ist. Drei Stützpunkte erlauben eine stabile Lagerung eines flächigen Objekts. Vorzugsweise sind wenigstens zwei der Stützpunkte an einer Unterseite des Weichensegments angeordnet. Insbesondere das Endsegment ist auf vier Stützpunkten gelagert.
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Besonders bevorzugt wird einer der Stützpunkte vom Gelenk zwischen den Weichensegmenten gebildet. Hierdurch kann ein zusätzlicher Stützpunkt eingespart werden und damit Material- und Arbeitsaufwand für die Weichenanordnung reduziert werden. Das Gelenk ist folglich ausgebildet neben Stellkräften der Weichenanordnung ebenfalls eine Gewichtskraft zwischen zwei Weichensegmenten zu übertragen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Stützpunkte im Wesentlichen parallel zur Grundfläche verschiebbar sind. Hiermit wird insbesondere ein Stellvorgang der Weichenanordnung möglich.
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Beispielsweise ist zwischen der Grundfläche und den Weichensegmenten wenigstens eine Gleitfläche angeordnet, auf der die Stützpunkte beweglich sind.
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Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn zumindest einer der Stützpunkte wenigstens einen Rotationsfreiheitsgrad aufweist. Dies ist einerseits vorteilhaft bei dem oben bereits erwähnten Drehlager insbesondere des Anfangssegments. Andererseits ist es denkbar, dass ein Führungsglied (siehe unten) in den Stützpunkt integriert ist. Bei einem Zusammenwirken des Führungsglieds mit einem kurvig verlaufenden Führungselement ist eventuell eine Rotation des Stützpunkts notwendig.
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Auch ist es von Vorteil, wenn zumindest einer der Stützpunkte wenigstens eine Rolle und/oder ein Gleitlager und/oder ein Fluidlager aufweist.
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Die Rolle bietet eine geringe Reibung bei der Bewegung der Weichenanordnung, muss aber gleichzeitig hohen Belastungen standhalten und entsprechend massiv ausgebildet sein. Eventuell kann die Rolle eine oder mehrere Führungsflanken ähnlich des Rads eines Schienenfahrzeugs aufweisen und dadurch das Weichensegment bei der Bewegung zusätzlich führen, falls es mit einer entsprechenden Schiene zusammenwirkt.
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Ein Gleitlager kann eine kostengünstigere Alternative mit schlechteren Reibungseigenschaften darstellen. Das Gleitlager kann beispielsweise aus einem Metall und insbesondere aus Bronze mit darin enthaltenem Graphit bestehen. Da bei dem Gleitlager potentiell stark erhöhter Verschleiß besteht, ist es vorzugsweise austauschbar.
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Mit Fluidlager ist ein Lager gemeint, bei dem das Weichensegment auf einem konstant nachgelieferten Fluidfilm gleitet. Der Fluidfilm kann hierbei beispielsweise ein Luftpolster sein. Das Fluidlager besitzt die vergleichsweise besten Reibungseigenschaften ist aber technisch am aufwendigsten zu realisieren und erfordert im Betrieb konstante Energiezufuhr. Das Fluidlager hat den zusätzlichen Vorteil, dass bei abgeschalteter Energiezufuhr durch die stark erhöhte Reibung eine Arretierung der Weichenanordnung stattfindet.
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Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn ein Stützpunkt zumindest eine redundante Abstützung aufweist. Im Falle einer Beschädigung oder eines anderweitigen Versagens des Stützpunkts kann die redundante Abstützung ein Absacken des Weichensegments verhindern. Die redundante Abstützung kann hierbei im Wesentlichen genauso ausgebildet sein wie der Stützpunkt. Es ist allerdings zur Verminderung der Reibung vorteilhaft, wenn die redundante Abstützung etwas kürzer ausgebildet ist und somit in einem Normalbetrieb die Gleitfläche nicht berührt.
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Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn vorzugsweise jedem Weichensegment jeweils wenigstens eine Führeinrichtung zugeordnet ist, die wenigstens ein geführtes Führungsglied, insbesondere eine Führrolle oder ein Führbolzen, und ein führendes Führungselement, insbesondere eine Führungsschiene oder eine Nut oder eine Kulisse, umfasst. Die Führeinrichtung gewährleistet den korrekten Bewegungsablauf bei einem Stellvorgang der Weichenanordnung. Aufgrund der mehreren Bewegungsfreiheitsgrade, die durch das Gelenk ermöglicht werden, ist es vorteilhaft, wenn jedes Weichensegment individuell geführt wird. Die Führeinrichtung ist vorzugsweise zwischen der Grundfläche und dem Weichensegment angeordnet, wobei das Führungsglied mit dem Weichensegment und das Führungselement mit der Grundfläche zumindest indirekt verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist das Führungsglied als Führrolle und das Führungselement als Führungsschiene ausgebildet, wobei die Führrolle beispielsweise seitlich an der Führungsschiene anliegt.
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Auf einer Oberseite des Führungselements, insbesondere der Führungsschiene, befindet sich beispielsweise die bereits erwähnte Gleitfläche auf der der Stützpunkt, insbesondere das Gleitlager, beweglich gelagert ist.
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Der Stützpunkt und das Führungsglied können wie bereits angedeutet als bauliche Einheit ausgebildet sein.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Führeinrichtung zu wenigstens einem Führungsglied mindestens ein redundantes Führungsmittel aufweist. Wie im Falle der redundanten Abstützung kann das redundante Führungsmittel im Falle eines Versagens des Führungsglieds eine unkontrollierte Bewegung der Weichenanordnung verhindern. Das redundante Führungsmittel muss hierzu lediglich im Wesentlichen gleichförmig wie das Führungsglied ausgebildet sein, um mit dem Führungselement wechselwirken zu können. Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn das redundante Führungsmittel derart angeordnet ist, dass es das Führungselement im Normalbetrieb nicht berührt.
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Das redundante Führungsmittel kann ebenfalls verhindern, dass die Weichenanordnung über einen vorgesehenen Bereich hinausbewegt wird, beispielsweise bei einer Fehlfunktion. Das redundante Führungsmittel kann somit einer Endstellung der Weichenanordnung definieren.
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Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn die Führeinrichtung wenigstens eine Feder aufweist, die ausgebildet ist, das Führungsglied gegen das Führungselement zu drücken. Vor allem bei der Durchfahrt eines Fahrzeugs und der damit verbundenen Belastungen ist es vorteilhaft, wenn der Kontakt zwischen dem Führungsglied und dem Führungselement nicht unterbrochen wird. Hierzu kann einerseits die Feder beitragen aber insbesondere ebenfalls das oben beschriebene Federelement. Eine hieraus begründete gewisse Redundanz kann zur Sicherheit der Weichenanordnung beitragen.
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Besondere Vorteile bringt es mit sich, wenn das Führungselement gerade oder gekrümmt ist, wobei die Krümmung vorzugsweise wenigstens einen Kreisbogen beschreibt. Das Führungselement steuert hauptsächlich die Bewegung der Weichensegmente und damit der Weichenanordnung. Je nach gewünschtem Bewegungsablauf muss das Führungselement gegebenenfalls unterschiedlich geformt sein.
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Insbesondere beschreibt die Krümmung des Führungselements mehrere Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Führungselement parallel zur Grundfläche verläuft. Die Weichensegmente werden somit bei ihrer Bewegung ebenfalls parallel zur Grundfläche geführt
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Insbesondere ist das Führungselement in Form einer Führungsschiene auf der Grundfläche angeordnet. Es ist darüber hinaus ebenfalls denkbar, dass das Führungselement in der Grundfläche verläuft.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Elemente der Führeinrichtung austauschbar und/oder einstellbar sind. Da bei einer Vielzahl von Stellvorgängen der Weichenanordnung zwangsläufig Verschleiß bei der Führeinrichtung auftritt, ist ein Nachstellen bzw. Austauschen von Elementen der Führeinrichtung für einen störungsarmen Betrieb der Weichenanordnung vorteilhaft. Mit Elementen der Führeinrichtung sind vor allem das Führungsglied und dessen Verschleißteile gemeint.
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Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn die Grundfläche von wenigstens einer Betonplatte, insbesondere einer Betonfertigteilplatte, gebildet ist. Die Weichenanordnung ist hierdurch stabil und kostengünstig. Höhenunterschiede lassen sich vermeiden und vor allem bei einer Betonfertigteilplatte lässt sich die Weichenanordnung in kurzer Zeit aufbauen. Es ist insbesondere denkbar mehrere Betonplatten unterschiedlicher Form vorzusehen. Auch ist es möglich mehrere kleine Betonplatten auf einer großen Betonplatte anzuordnen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Grundfläche mehrere Sockel zur Aufnahme der Führungselemente aufweist. Die Sockel können dem Ausgleich von Höhenunterschieden und eventuellen Ungleichmäßigkeiten beim Gießen der Betonplatten dienen. Auch können sie dazu beitragen zwischen der Grundfläche und den Weichensegmenten einen Freiraum beispielsweise für die Unterbringung des Antriebs, des Verriegelungsmechanismus und/oder anderer Infrastruktureinrichtungen zu schaffen.
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Die Sockel können beispielsweise bereits beim Gießen der Grundfläche vorgesehen sein und insbesondere nach dem Gießen abgeschliffen werden, um eine gleichmäßige Höhe zu gewährleisten. Die Sockel können Aufnahmemittel, wie insbesondere Bohrlöcher, vorzugsweise mit zusätzlichen Dübeln zur Befestigung der Führungselemente aufweisen. Ebenfalls sind Klemmen als Aufnahmemittel denkbar, insbesondere derart, wie sie auch bei der Befestigung von Schienen an Gleisschwellen verwendet werden.
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Es kann ein Sockel für jedes Führungselement vorgesehen sein. Ebenfalls ist es aber denkbar, dass mehrere Führungselemente auf demselben Sockel angeordnet sind, oder mehrere Sockel für ein Führungselement vorgesehen sind. Bei letzterer Variante ist es beispielsweise möglich an Stirnseiten der Führungselemente T-förmige Sockel zur Abfuhr seitlicher Kräfte vorzusehen.
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Bei einem Aufbau der Grundfläche aus einer großen Betonplatte und darauf angeordneten mehreren kleineren Betonplatten sind die Sockel vorzugsweise auf den kleineren Betonplatten angeordnet. Insbesondere werden die Sockel bereits beim Gießen der kleineren Platten vorgesehen.
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Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Weichensegmente jeweils wenigstens einen Schienenabschnitt aufweisen, wobei der Schienenabschnitt spitz zulaufend an dem Schienenabschnitt eines anschließenden Weichensegments angeordnet ist. Durch das spitze Zulaufen bilden sich bei einer Bewegung der Weichensegmente gegeneinander nur vergleichsweise kleine Lücken zwischen den Schienenabschnitten. Insbesondere bildet der Schienenabschnitt eine Absetzschiene auf der das Fahrzeug in einem Notfall, insbesondere bei einem Ausfall des Schwebesystems, zu liegen kommt. Der Schienenabschnitt kann ebenfalls eine Stromschiene oder einer Reaktionsschiene für das Schwebesystem des Fahrzeugs sein.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Schienenabschnitt an seinen Enden jeweils abgeschrägt, insbesondere abgerundet ist. Hierdurch lassen sich Stoßkanten zwischen den Schienenabschnitten vermeiden. Falls das Fahrzeug im Notfall auf den Schienenabschnitten gleitet, wird das Kufengleitmaterial geschont.
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Vorteilhafterweise weist wenigstens ein Weichensegment einen Verriegelungsmechanismus auf, mit dessen Hilfe ein Weichenarm an einem festen Fahrweg oder einem weiteren Weichenarm arretiert werden kann. Der Verriegelungsmechanismus kann beispielsweise einen Bolzen aufweisen, der insbesondere mittels eines Motors ausgefahren werden kann. Vorzugsweise ist der Bolzen ausgebildet in eine Hülse eines gegenüberliegenden Weichensegments eines weiteren Weichenarms oder eines festen Fahrbahnabschnitts einzudringen. Ebenfalls kann der Bolzen und gegebenenfalls der Motor am festen Fahrbahnabschnitt angeordnet sein und das Weichensegment die Hülse aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar einen selbsthemmenden Antrieb für die Weichenanordnung vorzusehen, der ebenfalls eine arretierende Wirkung entfaltet. Für die Freigabe zum Befahren der Weichenanordnung kann die korrekte Verriegelung beispielsweise durch einen Näherungssensor, der die korrekte Position des Bolzens erfasst, festgestellt werden.
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Vorzugsweise kann der Motor des Verriegelungsmechanismus im Notfall manuell betätigt werden beispielsweise mittels einer Kurbel und eines entsprechenden Wartungspersonals.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Weichenanordnung,
- 2 einen Schnitt durch ein Gelenk zwischen zwei Weichensegmenten,
- 3 eine Darstellung möglicher Rotationsfreiheitsgrade des Gelenks,
- 4 eine Draufsicht auf eine Grundfläche der Weichenanordnung,
- 5 einen Schnitt durch zwei Weichensegmente in einer Seitenansicht,
- 6 einen Schnitt durch zwei Weichensegmente in einer Draufsicht,
- 7 eine Frontansicht zweier Weichenarme einer weiteren Ausführungsform der Weichenanordnung, und
- 8 eine schematische Darstellung einer Ausführung der Weichenanordnung als X-Weiche.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden für in den verschiedenen Figuren jeweils identische und/oder zumindest vergleichbare Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet. Die einzelnen Merkmale, deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise werden meist nur bei ihrer ersten Erwähnung ausführlich erläutert. Werden einzelne Merkmale nicht nochmals detailliert erläutert, so entspricht deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise der Ausgestaltung und Wirkweise der bereits beschriebenen gleichwirkenden oder gleichnamigen Merkmale.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Weichenanordnung 1 als Y-Weiche mit einem beweglichen Weichenarm 2. Ein (nicht dargestelltes) Fahrzeug kann von einem festen Fahrweg 3 wahlweise auf einen von zwei weiteren festen Fahrwegen 3 geleitet werden. Die Weichenanordnung 1 weist mehrere Weichensegmente 4 auf, die über Gelenke 5 miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind die Gelenke 5 mittig an Stirnseiten der Weichensegmente 4 angeordnet. Die Gelenke 5 besitzen mehrere Rotationsfreiheitsgrade (siehe 3) und insbesondere einen Translationsfreiheitsgrad T (siehe 2). Die Weichenanordnung 1 ist somit sehr flexibel: Lücken zwischen den Weichensegmenten 4, die vorliegend der Übersichtlichkeit halber vergrößert dargestellt sind, können klein gehalten werden und die Weichenanordnung 1 kann platzsparend gestaltet werden.
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Der Translationsfreiheitsgrad T ermöglicht es den Weichenarm 2 zu strecken oder zu stauchen. Vorliegend kann der Weichenarm 2 beispielsweise bei einem Stellvorgang im Bereich zwischen den beiden anschließenden Fahrwegen 3 gestaucht sein, womit diese näher an der Weichenanordnung 1 angeordnet sein können ohne das Risiko einer Kollision.
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Die Weichenanordnung 1 weist für den Stellvorgang einen Antrieb 6 auf, der mittels einer Kraftübertragungseinrichtung 7 mit einem der Weichensegmente 4 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist der Antrieb 6 mit einem Endsegment 8 der Weichenanordnung 1 verbunden. Das Endsegment 8 ist beispielsweise länger ausgebildet als die übrigen Weichensegmente 4, da hier eventuell erhöhte Anforderungen an die Stabilität bestehen. Aus denselben Gründen ist das Endsegment 8 in diesem Ausführungsbeispiel über eine Gelenkstange 9 mit dem vorhergehenden Weichensegment 4 verbunden. Auch ist das Endsegment 8 insbesondere auf vier Stützpunkten 10 (5) gelagert, wohingegen die übrigen Weichensegmente 4 auf jeweils drei Stützpunkten 10 gelagert sind.
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In Bezug auf die Lagerung können auch für ein Anfangssegment 11 Besonderheiten bestehen. Das Anfangssegment 11 ist beispielsweise zusätzlich zu möglichen weiteren Stützpunkten 10 auf einem Drehlager 12 gelagert. Die Weichenanordnung 1 ist damit vom festen eingangsseitigen Fahrweg 3 mechanisch entkoppelt.
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Die Weichensegmente 4 sind weiterhin über Federelemente 13 miteinander verbunden. Andererseits können die Federelemente 13 ebenfalls einen Druck bzw. Zug auf die Weichensegmente 4 ausüben, derart, dass Führungsglieder 14 (5) an Führungselemente 15 gedrückt werden.
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Die Weichensegmente 4 sind bezüglich einer Grundfläche 16 beweglich gelagert. In diesem Beispiel wird die Grundfläche 16 von mehreren Betonplatten 17 gebildet. Die Betonplatten 17 sind insbesondere als Betonfertigteilplatten ausgebildet und weisen beispielsweise unterschiedliche Maße auf. Auf der Grundfläche 16 bzw. auf den Betonplatten 17 sind Sockel 18 angeordnet, auf denen wiederum die Führungselemente 15 angeordnet sind. Die Sockel 18 sind vorzugsweise ebenfalls aus Beton und insbesondere Bestandteile der Betonplatten 17. Auf Oberseiten der Führungselemente 15 befinden sich beispielsweise Gleitflächen 19, auf denen die Stützpunkte 10 der Weichensegmente 4 gleiten.
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Die Bewegung des Weichenarms 2 bzw. der Weichenanordnung 1 wird im Wesentlichen von den Führungselementen 15 gesteuert. In diesem Beispiel sind die Führungselemente 15 gerade ausgebildet. Ebenso können die Führungselemente 15 aber gekrümmt sein. Die Führungselemente 15 sind beispielsweise als Schienen und insbesondere als Stahlschienen ausgebildet. Auf jeder Betonplatte 17 sind beispielsweise wenigstens zwei Führungselemente 15 angeordnet.
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Zur Absicherung, insbesondere bei einer Durchfahrt eines Fahrzeugs, kann der Weichenarm 2 bzw. die Weichenanordnung 1 beispielsweise durch einen Verriegelungsmechanismus 20 arretiert werden. Der Weichenarm 2 und insbesondere das Endsegment 8 werden hierbei beispielsweise durch einen Bolzen fest mit einem der zwei anschließenden festen Fahrwege 3 verbunden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das Gelenk 5 für die erfindungsgemäße Weichenanordnung 1. Dargestellt ist ein Schnitt durch das Gelenk 5 und Teile der verbundenen Weichensegmente 4. Das Gelenk 5 ist als Kugelschubgelenk mit drei unabhängigen Rotationsfreiheitsgraden (siehe 3) und einem Translationsfreiheitsgrad T ausgebildet. Vor allem der Translationsfreiheitsgrad T des Gelenks 5 soll in dieser Darstellung verdeutlicht werden. Hierdurch wird ein Strecken und/oder Stauchen der Weichenarme 2 der Weichenanordnung 1 möglich.
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In 2a ist der das Gelenk 5 enthaltende Weichenarm 2 beispielsweise gerade (vergleiche 8a). 2b zeigt beispielsweise die Situation eines angewinkelten Weichenarms 2, wobei der Weichenarm 2 zusätzlich gestreckt ist (vergleiche 1 und 8b).
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3 zeigt schematisch die möglichen unabhängigen Rotationsfreiheitsgrade eines Gelenks 5 für die erfindungsgemäße Weichenanordnung 1. In den drei gezeigten Ansichten steht die Rotationsachse jeweils senkrecht auf der Zeichenebene. 3a ist eine schematische Draufsicht analog zu 1. Die Zeichenebene ist hierbei die oben bereits erwähnte Fahrwegsebene. Die Rotationsachse steht senkrecht zur Fahrwegsebene. 3b ist eine schematische Seitenansicht analog zu 5. Die Fahrwegsebene steht hier senkrecht auf der Zeichenebene. Die Rotationsachse ist in diesem Fall parallel zur Fahrwegsebene aber senkrecht zur Fahrtrichtung eines die Weichenanordnung 1 durchfahrenden Fahrzeugs. 3c ist eine schematische Frontansicht analog zu 7. Auch in diesem Fall steht die Fahrwegsebene senkrecht auf der Zeichenebene. Die Rotationsachse ist ebenfalls parallel zur Fahrwegsebene, allerdings im Unterschied zu dem vorherigen Fall ebenfalls parallel zur Fahrtrichtung eines die Weichenanordnung 1 durchfahrenden Fahrzeugs. Der Versatz zwischen den Weichensegmenten 4 ist in allen in dieser Figur dargestellten Fällen der Anschaulichkeit halber stark übertrieben. Bei der erfindungsgemäßen Weichenanordnung 1 weist das Gelenk 5 insbesondere wenigstens zwei dieser Rotationsfreiheitsgrade oder wenigstens einen der gezeigten Rotationsfreiheitsgrade und wenigstens den Translationsfreiheitsgrad T auf.
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4 zeigt analog zu 1 in einer Draufsicht den Unterbau der Weichenanordnung 1, allerdings der Übersichtlichkeit halber ohne die Weichensegmente 4. In dieser Ausführung wird die Grundfläche 16 von einer großen Betonplatte 17 und mehreren kleineren Betonplatten 17 gebildet. Die Betonplatte 17 auf der das Anfangssegment 11 sitzt weist das bereits beschriebene Drehlager 12 auf. Die Sockel 18 und Führungselemente 15 weisen je nach der für einen Stellvorgang der Weichenanordnung 1 notwendigen Bewegungsfreiheit der jeweiligen Weichensegmente 4 unterschiedliche Längen und Anordnungen auf. Insbesondere nimmt die Länge der Führungselemente 15 und eventuell der Sockel 18 vom Anfangssegment 11 in Richtung des Endsegments 8 zu.
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5 zeigt eine geschnittene Seitenansicht zweier aufeinanderfolgender Weichensegmente 4 der Weichenanordnung 1. Die Weichensegmente 4 weisen jeweils einen Schienenabschnitt 21 auf. Die Schienenabschnitte 21 sind an ihren Enden, beispielsweise im Bereich des Gelenks 5 abgeschrägt und insbesondere abgerundet (vergleiche auch 6). Die Schienenabschnitte 21 können beispielswiese Teil einer Absetzschiene sein, auf der das Fahrzeug im Notfall zu liegen kommt. Die Weichensegmente 4 sind jeweils auf Stützpunkten 10 gelagert, wobei beispielsweise jeweils zwei der Stützpunkte 10 unterhalb der Weichensegmente 4 angeordnet sind und ein zusätzlicher Stützpunkt 10 durch das Gelenk 5 gebildet wird.
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Jedem Weichensegment 4 sind zwei Führeinrichtungen 22 zugeordnet, wobei diese teilweise vor der Zeichenebene liegen. Die Führeinrichtungen 22 umfassen jeweils das Führungsglied 14 und das Führungselement 15. Vorliegend weisen die unterhalb der Weichensegmente 4 angeordneten Stützpunkte 10 Gleitlager 23 auf, die auf einer Oberseite der Führungselemente 15 gleitend gelagert sind. Die Führungselemente 15, die beispielsweise als Führungsschienen ausgebildet sind, sind wie zuvor auf Sockeln 18 angeordnet. Die Grundfläche 16 wird von zwei Betonplatten 17 gebildet.
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Seitlich an den Führungselementen 15 liegen die Führungsglieder 14 an, die in diesem Beispiel als Führrollen ausgebildet sind. Die Führungsglieder 14 sind mit dem jeweiligen Weichensegment 4 verbunden. Beispielsweise durch eine Feder 24, die die Führungsglieder 14 an die Führungselemente 15 drückt, wird ein ununterbrochener Kontakt zwischen den Führungsgliedern 14 und den Führungselementen 15 sichergestellt. Beispielsweise können die Führungsglieder 14 zweier aufeinander folgender Weichensegmente 4 auf unterschiedlichen Seiten der Führungselemente 15 angeordnet sein. Dabei können die Führungsglieder 14 entweder einander zugewandt oder voneinander abgewandt (wie vorliegend dargestellt) sein.
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6 zeigt eine geschnittene Draufsicht beispielsweise auf die Weichensegmente 4 aus 5. Wie zuvor weisen die Weichensegmente 4 Schienenabschnitte 21 auf. Insbesondere weist jedes Weichensegment 4 zwei Schienenabschnitte 21 auf. Jeweils einer der Schienenabschnitte 21 eines der Weichensegmente 4 ist spitz zulaufend an einem der Schienenabschnitte 21 des anschließenden Weichensegments 4 angeordnet. Hierdurch werden die Lücken zwischen den aufeinanderfolgenden Schienenabschnitten 21 auch bei einem gekrümmten Weichenarm 2 der Weichenanordnung 1 geringgehalten.
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7 zeigt eine Frontansicht einer Weichenanordnung 1, die mehrere bewegliche Weichenarme 2 umfasst (vergleiche 8). In dieser Darstellung sind die im Wesentlichen U-förmigen Weichensegmente 4 mit überstehenden Abschnitten zu erkennen. Die Grundfläche 16 wird aus einer großen Betonplatte 17 und wenigstens einer kleineren Betonplatte 17 gebildet. Auf dieser sind die Sockel 18 für die Führungselemente 15 angeordnet. Beispielsweise sind zwei Führungselemente 15 auf einem gemeinsamen Sockel 18 angeordnet.
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In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Stützpunkte 10 jeweils eine redundante Abstützung 25 auf. Diese können die Weichensegmente 4 im Falle eines Versagens der Stützpunkte 10 abfangen und somit einen schwerwiegenden Unfall vermeiden. Ebenso weisen die Führeinrichtungen 22 zu jedem Führungsglied 14 ein redundantes Führungsmittel 26 auf. Die redundanten Führungsmittel 26 können im Notfall eingreifen und unkontrollierte Bewegungen der Weichensegmente 4 verhindern.
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8 zeigt die erfindungsgemäße Weichenanordnung 1 schematisch als X-Weiche. Fahrzeuge von zwei festen Fahrwegen 3 können wahlweise zu zwei weiteren Fahrwegen 3 geleitet werden. Hierzu weist die Weichenanordnung 1 insgesamt vier bewegliche Weichenarme 2 auf. 8a zeigt die Weichenanordnung 1 in der Grundstellung. Fahrzeuge können die Weichenanordnung in dieser Stellung gerade durchfahren. 8b zeigt exemplarisch eine Stellung der Weichenanordnung 1, in der ein Fahrzeug von dem linken oberen Fahrweg 3 zu dem rechten unteren Fahrweg 3 geleitet werden kann. Hierzu müssen beispielsweise alle Weichenarme 2 in eine gekrümmte Stellung gebracht werden. Die sich zugewandten Weichenarme 2 können hierbei beispielsweise durch den Translationsfreiheitsgrad T der Gelenke 5 gestreckt werden. Die abgewandten Weichenarme 2 können im Sinne eines platzsparenden Aufbaus der Weichenanordnung beispielsweise gestaucht sein.
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Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Weichenanordnung 1 sind die Führungselemente 15 gekrümmt. Die Endsegmente 8 der Weichenarme 2 können Verriegelungsmechanismen 20 aufweisen, die jeweils zwei einander zugewandte Endsegmente 8 zueinander arretieren. Vorzugsweise ist jedem Weichenarm 2 ein Antrieb 6 zugeordnet.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Weichenanordnung
- 2
- Weichenarm
- 3
- Fahrweg
- 4
- Weichensegment
- 5
- Gelenk
- 6
- Antrieb
- 7
- Kraftübertragungseinrichtung
- 8
- Endsegment
- 9
- Gelenkstange
- 10
- Stützpunkt
- 11
- Anfangssegment
- 12
- Drehlager
- 13
- Federelement
- 14
- Führungsglied
- 15
- Führungselement
- 16
- Grundfläche
- 17
- Betonplatte
- 18
- Sockel
- 19
- Gleitfläche
- 20
- Verriegelungsmechanismus
- 21
- Schienenabschnitt
- 22
- Führeinrichtung
- 23
- Gleitlager
- 24
- Feder
- 25
- redundante Abstützung
- 26
- redundantes Führungsmittel
- T
- Translationsfreiheitsgrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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