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Elektrohydraulischer Antrieb zum Umstellen von auffahrbaren und nichtauffahrbaren
Weichen in Eisenbahnanlagen.
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Die Ereindung betrifft elektrohydraulische Antriebe zum Umstellen
von auffahrbaren und nicht auffahrbaren Weichen in Einsenbahnlagen, bei denen-das
Umstellen der Weichen durch Druckmittel betätigte Stellzylinder erfolgt und das
Druckmittel von einem Pumpenaggregat über Steuerventile dem entsprechenden Stellzylinder
zugeführt wird Zum Umstellen der Wecichen im Eisenbahn-Sicherungswesen werden im
allgemeinen elektromechanische Systeme verwendet. Hierbei wird beim Umsteilvorgang
vom Stellwerk aus ein im Weichenantriebs-Gehäuse 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.
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Die definierte rnd 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 Reibungs- und Überlastkupplungen abhängig von den auftretenden Temperaturschwankungen
usw. nicht gleichmässig wirken.
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Weitere Schwierigkeiten treten durch die Wartung auf, da bei aer 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.
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Durch die aufwendige Mechanik wird sowohl der Wirkungsgrad herabgesetzt,
was im Hinblick auf weite Stellentfernungen Zul'eitungsprobleme aufwirft, als auch
den Bemühungen um eine Verkleinerung des Gerätes eine festigkeitsbedingte Grenze
gesetzt.
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Die Nachteile der aufwendigen Mechanik können durch die Verwendung
einer hydraulischen Weichenstellvorrichtung vermieden werden.
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Eine bekannte hydraulische Weichenstellvorrichtung (Deutsche Patentschrift
1 155 159), die aus einem Stellzylinder und einer mit dem Stellzylinder über ein
Ventil in Verbindung stehenden Pumpe sowie einem in die Weichen stellvorrichtung
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 gefuhrt wird, der durch das im Reservebehälter hindurchgeführte
Druckmittel gegen eine im Reservebehälter vorgesehene Feder oder ein ähnhohes elastisches
Speicherelement gedrückt wird, wobei die Pumpe bei Erreichen einer gewissen Endstellung
der Feder automatisch ab- und bei Erreichen einer bestimmten entlasteten Stellung
der Beider wteder automatisch eingeschaltet wird.
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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
zum Einstellen einer zulässigen Stellkraft zwischen dem Pumpenaggregat und den Steuerventilen
ein Überdruckventil angeo.rdnet ist und zum Einstellen zulässiger Festhalte- und
Auffahrkra'fte der Druckmittel-Förderkreis zwischen dem Pumpenaggregat und den Stellzylindern
nach dem Erreichen derWeichenendlagen unterbrochen wird.
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Der- erfindungsgemässe elektrohydraulische Antrieb hat gegenüber dem
elekWromechanischen Antrieb folgende Vorteile: besseren Wirkungsgrad und damit volle
Stellkraft bei maximal zulässiger Stellentfernung; weniger bewegt liche Teile, dadurch
geringerer Verschleiss; geringerer Wartungsaufwand; kleinere Abmessungen, damit
güngtzgere Anbauverhältnisse am Gleis, und einfachere Einstellung der Stell-, Festhalte-
und Auffahrkräfte.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft,,dass
die den Stellzylindern zugeordneten Steuerventile unabhängig von den tagen der Kolben
in den Stellzylindern zum Umstellen der Weichen in ihre entsprechenden
Arbeitsiagen
steuerbar sind.
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Um Einflüsse der gesamten Druckmittel-Förderkreise und an diese angeschlossener
Vorrichtungen auf die Einstellung der Festhalte- und Auffahrkräfte zu vermeiden,
sind nach der Erfindung in der Grundstellung der Steuerventile die Druckmittel-Förderkreise
zu den Stellzylindern unterbrochen.
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Bei auffahrbaren Weichen ist es zweckmässig, zwischen den von dem
Pumpenaggregat, abgejbrennten Druckmittel-Förderkreisen der Stellzylinder zum Einstellen
bestinunter Festhalte- und Auffahrkräfte überdruckventile anzuordnen.
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In den Fållen, bei denen umzustellende Weichen mit einer sogenanriten
Innenverriegelung versehen sein müssen, wird der erforderliche zusätzliche Motor
mit Getriebe bei den bekannten Weichenantrieben erfindungsgemäss dadurch vermieden,
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.
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Werden die erfindungsgemässen elektrohydraulischen Antriebe zum Umstellen
von Weichen in Anlagen ausserhalb Deutschlands verwendet, so können die Forderungen
nach einer elektromechanischen Verriegelung der Weichen bestehen. Eine solche Forderung
wird nach der Erfindung dadurch erfüllt, dass in die Steuerleitungen der den Stellzylindern
zugeordneten Steuerventilen Kontakte, die von den elektromagnetischen Riegeln gesteuert
werden, angeordnet sind.
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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 wird nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung zwischen dem Pumpenaggregat und den Steuerventilen ein teilweise mit einem
gasförmigen Stoff gefüilter',Druckbehälter in dem Druckmittel-Förderkrcis angeordnet.
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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.
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Um einen bestimmten Druck in dem Druckbehälter auch dann zur Verfügung
zu haben, wenn eine Weiche relativ wenig umgestellt wird, sind nach der Erwindung
in die Ansc'haltstromkreise des Pumpenmotors weitere Kontakte des Unterdru-ckschalters
angeordnet, so dass beim Ansprechen des Unterdruckschalters. der Pumpenmotor so
lange eingesehaltet wird bis der vorbestimmte Druck im Druckbehälter wieder erreicht
ist.
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Die Erfindung sei anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläuterte In den Figuren sind nur die Teile dargestellt, die für das Verständnis
der Erfindung unbedingt erforderlich sind, Die Ausführungsbeispiele zeigen in Fig.
1 den elektrohydraul'ischen 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.
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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 und den Stellzylindern AK mit einem A-triebskolben. Diese
Vorrichtungen sind durch Druckmittel-Förderkreise verbunden. Wird eine Innenverriegelung
der betreffenden Weiche gefordert, z.B. als nichtauffahbare 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 umgrenzten Vo'rrichtungen 2; z,B.''ein druck- und strömingsabhängiges Wechselventil
JD 1 und ein Druckkolben JK mit vorgeschalteten SteuerventilenjWS,- angeordnet werden.
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Die Stellzylinderanordnung ist in der Fig. 1 beispielsweise so ausgeführt,
dass den beiden Stellzylindern AKl 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.
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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.
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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.
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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.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen elektrohydraulischen Antriebs
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. Weit'erhin,
ist angenommen, dass die-We.iche ohne Innenverriegelung verwendet-wird, so dass
der Schaltungsteil J in Fig. 1 entfällt und der Druckmittel-Förderkreis von dem
Pumpenaggregat M + P über. das Uberdruckventil D direkt mitdem Steuerventil WS verbunden
ist.
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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 seiner Mittelstellung in
die Lage 1 bewegt und die Druckmittei-För-,' derleitungen der Stellzylinder AI(
mit ,den Förderleitungen des Pumpenaggregats durchverbindet.
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Mit dem Anlaufen des Pumpenaggregats wird Öl aus dem Ölvorratsbehälter
B angesaugt und in die Leitung mit dem -überdruckventil D geschickt. Dieses-Druckbegrenzungsventil
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.
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Durch den im Förderkreis anstehenden Druck wird Drucköl in den Stellzylinder
AKr gefördert, das den Kolben nach links-be'wegt-und das---.Ol aus dem Zylinder
AK1 über den entsprechenden Förderkreis und das Steuerventil WS in den Behälter
B drückt. Erreicht -der Antriebskolben nahezu die Endage- 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 andererseits das Pumpenaggregat von dem Speisestrom über die Leitungen Sp abgeschaltet
werden.
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Beim Erreichen der Weichenendlage kann abhängig vom Abschaltvorgang
im Antrieb die anliegende Weichenzunge mit der höchstzuläss'igen Stellkraft bewegt
werden.
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Durch das erfindungsgemässe Einstellen und Begrenzen der Stellkraf-t
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.
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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 befindlichen Drucköl hält den Kolben in seiner Lage fest-. Hierdurch
würden die Bedingungen für nicht auffahrbare Weichen erfüllt, da die Festhalte-
und Auffahrkräfte durch die mechanische Festigkeit der Weichenstellstangen und der
Bauteile des elektrohydraulischen Antriebs festgelegt werden können.
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Soll der erfindungsgemässe 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. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zwischen den beiden
Drumittel-Förderkreisen der Stellzylinder AKI und AKr Überdruckventile, 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 Weichenantriebes 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 Festhalte- und Auffahrkupplungen vermieden werden.
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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 S im striehpunktierten Feld J dargestellten Schaltelemente JD I,
JWS und JK zusätzlich im Antrieb angeordnet.
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Das Ventil JD 1 ist beispielsweise ein an sich bekanntes druck- und
atromungsabhängiges Wechselventil. Das Steuerventil JWS wirkt in gleicher Weise
wie das Steuerventil WS. In der Grundstellung a des Druckkolbens JK ist
die
angekoppelte Innenverriegelung in der Ruhestellung und die Weiche kahn ohne weiteres
aufgefahren werden.
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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 Innen-verriegelung freigegeben.
Danach wird, wie bereits beschrieben, durch das Umstellen des Steuerventils WS in
die entpsrechende 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 anden Leitungen JS, US und Sp befindet sich der Weichenantrieb
wieder inder Ruhestellung.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Antrieb mit einer--elektro-.
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mechanischen 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-.
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Bei verriegelter Weiche befindet sich der elektromagnetische Riegel
RM in einer der Aussparungen des Schiebers S und der Kontakt S-1 ist geöffnet. Soll
die Weiche umgestellt werden, so wird zuerst über die Leitungen L 1 und L2 der Magnetspule
des Riegels RM Strom zugeführt. Der Riegel gibt den Schieber S frei und schliesst
den Kontakt K 1. Uber den Kontakt K -1 wird nun das Steuerventil WS in die für den
Weichenumlauf entsprechende Lage gesteuert. Da gleichzeitig mit dem Ansteuern des
elektromagnetischen Kegels RM über die Leitungen Sp das Pumpenaggregat P + M eingeschaltet
wird, wird nun.die Weiche in die andere Endlage umgestellt. ?4it,dem Erreichen der
Endlage werden über nicht dargestellte Kontakte die Stromkreise zu dem Pumpenmotor
M, den Steuerventilen WS und dem Riegel zum unterbrochen.
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Der Riegel RM fällt in die andere Aussparung des Schiebers S ein und
öffnet den Kontakt K 1. Der Weichenartrieb befindet sich wieder in Grundstellung
und die Weiche ist verriegelt.
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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 PsM mindestens mit der Anschaltung
des Riegelmagneten eingeschaltet wird und das Steuerventil kurzzeitig noch bzw.
wieder in der -bzw".- die Stellung verbleibt bzw. gebracht wird, die der bestehenden
Weichenendlage entspricht.
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Hierdurch wird mitdem Anlaufen des Pumpenaggregats M + P der Kolben
der Stellzylinder AK durch das Druckmittel in Richtung der bestehenden Endlage gedrückt
und der Riegel RM von evnetuellen Querkräften, die durch den Druck des Schiebers
S auf den Riegel RM entstehen, befreit. Der weitere Umstellvorgang der Weiche erfolgt
nun wie bereits beschrieben.
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Ein weiteres Ausführungsbeispi.el des erfindungsgemässen elektrohydraulischen
Antriebs,. insbesondere für Ablaufanlagen, ist in Fig. 3 dargestellt. Inden 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 darartige Reserve zur Verfügung steht, die mindestens für das Umstellen einer
Weiche von einer Endlage in die andere Endlage 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.
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Soll die Forderung erfüllt werden, dass nach dem Ausfall des Pumpenaggregats
noch mehrere Umstellungen einer Weiche erfolgen sollen, so ist es vorteilhaft,
ein
Unterdruckventil UD vorzusehen, das beim Ansprechen die Steuerleitung der Steuerventile
WS mit einem Kontakt K 2 unterbricht, wobei das Unterdruckventil UD dann anspricht,
wenn die Reserve im Druckbehälter für einen ganzen Umstellvorgang nicht mehr ausreicht..
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Weiterhin ist es zweckmässig, unabhängig von der Weichenumstellung
das Pumpenaggregat M + P abhängig von dem Ansprechen des Unterdruckschalters UD
bzw. des Überdruckventils D ein- bzw. abzuschalten. Hierdurch können beispielsweise
durch die'Schalthäufigkeit des Aggr'egats Störungen in dem Drucksystem angezeigt
werden.
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9 Patentansprüche 3 Bl. Zeichnungen mit 3 Fig.