DE19600186A1 - Eisenbahnweichenmechanismus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eisenbahnweichenme­ chanismus insbesondere einen Eisenbahnweichenmechanismus, welcher dahingehend arbeitet, daß er Schienenteile mechanisch so bewegt, daß dadurch der Zugverkehr zwischen alternativen Gleisen durch die Bewegungskraft von wenigstens einem Elektro­ motor gesteuert bzw. wahlweise auf einem dieser alternativen Gleise weitergeleitet wird, und mehr im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung einen Eisenbahnweichenmechanismus, der seine Bewegungskraft durch einen Linearinduktionsmotor oder mehrere Linearinduktionsmotoren erhält. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überführen eines Schienenfahr­ zeugverkehrsstroms von einem ersten Gleis auf ein zweites Gleis.

In gegenwärtigen Eisenbahnweichenmechanismen nach dem Stande der Technik werden die etablierten Prinzipien der mechanischen Bewegung durch solche Einrichtungen, wie Getriebe, Kurbeln und Hebelarme angewandt und dazu benutzt, den Weg der Räder eines Zugs von einem Gleissatz zu einem alternativen Gleissatz zu lenken. Außerdem werden derartige mechanische Einrichtungen allgemein mittels elektrischer und/oder pneumatischer Linear-/ Drehstellantriebe bewegt bzw. angetrieben. In einigen solcher Weichenmechanismen werden ein Gleichstrommotor und ein Getrie­ bekasten hohen Drehmoments (Seitwärts-Schneckengetriebe-, Stellschrauben- oder Zahnradgetriebe-Anordnung) und geschmier­ te Schienenhalte- oder -stützkissen verwendet, welche Wartung erfordern können. In solchen Weichenmechanismen wird ein we­ sentlicher Teil der Stellantriebskraft darauf verwandt, die Wirkungen der statischen Reibung und des statischen Wider­ stands, einschließlich Coulomb- und viskoser Reibungskräfte, zu überwinden. Außerdem muß der Stellantrieb leistungsfähig genug sein, um irgendwelchen Ballast, Schnee oder Fremdstoff, der zwischen den Weichenstellen bzw. -gliedern steckengeblie­ ben ist oder festsitzt, zu zerdrücken oder wegzuschieben.

Die Eisenbahnindustrie hat empfohlene Betriebsleitlinien für kraftbetriebene Weichenmechanismen verbreitet, welche von vor­ handenen und neuen Weichenmechanismen erfüllt werden sollen. Eine solche Leitlinie ist in Fig. 1 veranschaulicht. Typi­ scherweise bewegen sich Weichenstellen bzw. -glieder um ange­ nähert 15,24 cm (6 Zoll) von einem Gleis zu dem anderen Gleis. Fig. 1 zeigt, daß eine anfängliche Aufbruchskraft von 181,44 kg (400 Pound) erforderlich ist, um solche Kräfte wie stati­ sche Reibung in dem System zu überwinden. Während der nächsten 10,16 cm (4 Zoll) der Weichenbewegung wird das Drehmoment an­ genähert linear auf etwa 408,23 kg (900 Pound) erhöht, um an­ dere entgegengerichtete Kräfte, wie Reibung und andere viskose Kräfte, zu überwinden. Um das Weichenstellen- bzw. -glied­ schließen sicherzustellen, ist es erforderlich, daß der Stell­ antrieb seine Kraft auf die Weiche auf angenähert 1133,98 kg (2500 Pound) über die letzten 2,54 cm (1 Zoll) der Bewegung erhöht, um irgendwelche Stoffe, wie Ballast, welche zwischen dem Hauptgleis und der Weiche eingefangen sein können, zu zer­ drücken.

Ein anderes Weichenauslegungskriterium erfordert es, daß Nie­ derspannungsmechanismen mit 20 Volt an den Motoranschlüssen und Hochspannungsmechanismen mit 110 Volt an den Motoran­ schlüssen fähig sein müssen, 1723,64 kg (3800 Pound) am Ende des Hubs ohne Beschädigung zu ziehen. Der Weichenmechanismus muß so ausgelegt und ausgebildet sein, daß er an jeder Stelle seiner Bewegung ohne Beschädigung gestoppt, umgekehrt oder blockiert bzw. aufgehalten werden kann. Außerdem muß der Wei­ chenmechanismus eine Bewegung aufgrund von Vibration oder ex­ ternen Kräften, die auf die Verbindungen angewandt werden, verhindern. Weiter muß der Weichenmechanismus in der verrie­ gelten bzw. arretierten Position fähig sein, Belastungen zu widerstehen, die einem Schub von 9071,8 kg (20000 Pound) ent­ weder auf die Weichenbetätigungs- oder -verriegelungs- bzw. -arretierungsverbindung äquivalent sind. Außerdem muß eine Kurbelkontaktverriegelung vorgesehen sein, um zu verhindern, daß der Motor arbeitet, während die Kurbel eingefügt ist, so­ wie bis ein solcher Kontakt zurückgestellt worden ist.

Die Erfindung stellt einen Linearinduktions-Schienenweichenme­ chanismus zur Verfügung, der wenigstens einen Linearinduk­ tionsmotor (der nachstehend als LIM abgekürzt ist) zum Quer­ verschieben eines Weichengleises aus einer ersten vorbestimm­ ten Position in eine zweite vorbestimmte Position hat. Um die Reibungskräfte zu reduzieren, welche während der Querbewegung auftreten können, kann der Weichenmechanismus auch von den darunterliegenden Strukturen abgehoben bzw. schwebend abge­ hoben werden. Die Weiche kann außerdem wenigstens eine steuer- und/oder regelbare Leistungs- bzw. Stromversorgung zum Liefern von elektrischem Strom an den LIM haben. Obwohl es möglich ist, mehr als einen LIM mit einer steuer- und/oder regelbaren Leistungs- bzw. Stromversorgung zu betreiben, wird es bevor­ zugt, daß jeder LIM mit einer jeweiligen steuer- bzw. regelba­ ren Leistungs- bzw. Stromversorgung versehen ist. Die Weiche kann weiterhin eine Vital- bzw. Funktionssteuer- bzw. -regel­ einrichtung aufweisen, welche mit wenigstens einer steuer- bzw. regelbaren Leistungs- bzw. Stromversorgung verbunden ist. Die Vital- bzw. Funktionssteuer- bzw. -regeleinrichtung spricht auf wenigstens eines der folgenden Signale an: ein Rückkopplungssignal von einer steuerbaren bzw. regelbaren Lei­ stungs- bzw. Stromversorgung, ein Rückkopplungssignal von ei­ nem LIM, ein Rückkopplungssignal von einem Weichengleis, und ein Fernsignal. Der LIM kann einen Primärinduktor aufweisen, welcher im wesentlichen starr an dem Boden bzw. Erdboden be­ festigt ist, und eine Sekundärstruktur bzw. einen Sekundär­ kreis, die bzw. der an dem Weichengleis befestigt ist.

In einigen Ausführungsformen kann die Sekundärstruktur bzw. der Sekundärkreis eine Leiter- oder Kettensekundärstruktur oder ein Leiter- bzw. Kettensekundärkreis sein. Wenn der LIM erregt wird, wird die Leiter- oder Kettensekundärstruktur oder der Leiter- oder Kettensekundärkreis magnetisch an den Primär­ induktor anziehbar bzw. angezogen, und demgemäß wird die Lei­ ter- oder Kettensekundärstruktur bzw. der Leiter- oder Ketten­ sekundärkreis in Ansprechung auf das von dem Primärinduktor erzeugte magnetische Feld bewegbar. Die bei der Weiche verwen­ dete steuer- bzw. regelbare Leistungs- bzw. Stromversorgung kann einen Festkörperleistungs- bzw. -stromumsetzer umfassen, der eine gesteuerte oder geregelte Ausgangsspannung hat. In einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung unter Be­ nutzung einer Impulsbreitenmodulation gesteuert oder geregelt werden. Der Festkörperleistungs- bzw. -stromumsetzer kann ein Umsetzer variabler Spannung, variabler Frequenz sein, obwohl auch ein Umsetzer variabler Spannung und fester Frequenz ver­ wendet werden kann. In einigen Ausführungsformen wird ein Li­ nearinduktionsmotor verwendet, der ein Dreiphasen-LIM ist.

Um einen im wesentlichen konstanten Luftspalt zwischen der primären Induktion bzw. dem primären Induktor und einer Lei­ ter- oder Kettensekundärstruktur bzw. einem Leiter- oder Ket­ tensekundärkreis aufrechtzuerhalten, wenn ein LIM erregt wird, kann wenigstens ein Abstandsteil oder ein Abstandseinrichtung zwischen dem Primärinduktor und der Leiter- oder Kettensekun­ därstruktur bzw. dem Leiter- oder Kettensekundärkreis vorgese­ hen sein. Außerdem können einige Ausführungsformen einen LIM-, Einspann- und/oder Haltemechanismus zum Verriegeln bzw. Arre­ tieren der Eisenbahnweiche in einer vorbestimmten Position aufweisen. Die Klemme, Einspannung und/oder der Halter bzw. der Klemm-, Einspann- und/oder Haltemechanismus verbindet die Eisenbahnweiche und die Vital- bzw. Funktionssteuer- bzw. -regeleinrichtung und versorgt dieselbe mit einer Weichenstel­ len- bzw. -stellungspositionsangabe.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger besonders be­ vorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher beschrieben und erläutert; es zei­ gen

Fig. 1 eine Veranschaulichung einer empfohlenen Betriebs­ richtlinie für Testbelastungserfordernisse von kraftbetriebenen Weichenmechanismen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Aus­ führungsform einer Linearinduktions-Schienenweiche gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a eine Seitenansichtsdarstellung einer Linearinduk­ tions-Schienenweiche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während diese Linearinduk­ tions-Schienenweiche in einer ersten vorbestimmten Position ist;

Fig. 3b eine Seitenansichtsdarstellung einer Linearinduk­ tions-Schienenweiche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während diese Linearinduk­ tions-Schienenweiche im Übergangszustand zwischen der ersten und einer zweiten vorbestimmten Position ist;

Fig. 3c eine Seitenansichtsdarstellung einer Linearinduk­ tions-Schienenweiche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während diese Linearinduk­ tions-Schienenweiche in der zweiten vorbestimmten Position ist;

Fig. 4 eine Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Leiter- oder Kettensekundärinduktors gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 5a eine Darstellung eines entregten Linearinduktions­ motors, bei dem gemäß einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung Führungsabstandsteile vorgesehen sind; und

Fig. 5b eine Darstellung eines erregten Linearinduktionsmo­ tors, in dem gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung Führungsabstandsteile vorgesehen sind.

Nachstehend wird nunmehr die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen in näheren Einzelheiten wie folgt beschrie­ ben und erläutert:
In der erfindungsgemäßen Linearinduktions-Schienenweiche wird die Linearinduktionsmotortechnologie dazu angewandt, die durch das elektromagnetische Feld eines Elektromotors erzeugte Bewe­ gung in eine Linearbewegung umzuwandeln, welche dazu verwendet wird, ein Schienenweichengleis aus einer ersten Position in eine zweite Position anzutreiben bzw. zu bewegen. Die Anzie­ hungskraft in dem LIM (Abkürzung für Linearinduktionsmotor) wird dazu benutzt, Reibungs- oder Coulombkräfte zu überwinden und in einigen Ausführungsformen eine gewisse Länge des Wei­ chengleises von den Weichengleitkissen abzuheben bzw. über den Weichengleitkissen frei schweben zu lassen. Auf diese Art und Weise kann der Reibungswiderstand vermindert werden, während eine Querbewegung entsprechend dem Position-zu-Position bzw. -Weichenstellen ausgeführt wird. Obwohl durch einen einzigen LIM ein genügendes Schweben bzw. eine genügend Ab- bzw. An­ hebe- und Querbewegung der Weiche bewirkt werden kann, kann es zu bevorzugen sein, die Weiche mit zwei LIMen (Mehrzahl von Linearinduktionsmotor) zu versehen, wobei sich je ein Motor auf jeder Seite bzw. je einer Seite der Schiene befindet. Diese LIMen können zusammen so betrieben werden, daß sie die Ab- bzw. Anhebekraft und den Schub liefern, die zum Ab- bzw. Anheben der Gleise aus ihrer Ruheposition und zum Bewegen der Schienenweiche in eine andere Position notwendig sind.

Wenigstens eine steuer- bzw. regelbare Stromversorgung ist für wenigstens einen LIM vorgesehen. Jede steuer- bzw. regelbare Stromversorgung kann wenigstens einen Festkörperstrom- bzw. -leistungsumsetzer aufweisen, und zwar am meisten bevorzugt einen Umsetzer variabler Spannung, variabler Frequenz. Damit die LIMen für die jeweilige Weiche in einer abwechselnd in entgegengesetzter Richtung arbeitenden Konfiguration bzw. Ge­ gentaktkonfiguration betrieben werden können, kann ein Fest­ körperstrom- bzw. -leistungsumsetzer für jeden der beiden LIMen für jede jeweilige Weiche vorgesehen sein. In dieser Kon­ figuration werden bei der Weiche störungstolerante Betäti­ gungen ermöglicht. Wenn zum Beispiel einer der LIMen oder der Strom- bzw. Leistungsumsetzer betriebsunfähig ist, können die betriebsfähigen bzw. arbeitenden Komponenten fortfahren, eine Betätigung der Weiche vorzusehen bzw. durchzuführen. Es kann eine Kontroll- bzw. Steuer- bzw. Regeleinrichtung vorgesehen sein, die eine störungstolerante Kontrolle bzw. Steuerung bzw. Regelung der Weiche unter Einschluß der steuer- bzw. regelba­ ren Stromversorgung und der LIMen vorsieht, und zwar insbeson­ dere dadurch daß sie die notwendigen Überprüfungen durchführt, bevor der Zustand der Weiche geändert wird, und den Status des Weichenbetätigungsmechanismus hinsichtlich möglicher Fehlfunk­ tion überwacht.

Wegen der Fähigkeit, eine Querbewegung direkt vorzusehen, kann diese vorliegend bevorzugte Ausführungsform die Notwendigkeit eines Getriebekastens oder einer Übersetzungs- bzw. Übertra­ gungseinheit ausschalten. Außerdem kann die Gleit- bzw. Ver­ schiebestange oder der Gleit- bzw. Verschiebestab, d. h. die mechanische Verbindung bzw. das mechanische Gestänge zwischen der elektrischen Steuer- bzw. Regeleinrichtung und der Betäti­ gungseinrichtung ausgeschaltet werden bzw. entfallen.

Die vorstehenden sowie weitere Einzelheiten, Ziele und Vor­ teile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibungen und Erläuterungen von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsfor­ men der Erfindung, insbesondere wie sie in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, ersichtlich.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, können zwei Linearinduktionsmotoren 10a, 10b für die Linearinduktionsschienenweiche 1 vorgesehen sein, obwohl die Weiche 1 auch mit nur einem LIM betreibbar sein kann bzw. ist. Es ist beabsichtigt, zwei steuer- bzw. re­ gelbare Stromversorgungen 12a, 12b vorzusehen, um an den je­ weiligen LIM 10a, 10b elektrischen Strom zu liefern. Es ist wünschenswert, die Weiche 1 so auszubilden, daß sie eine Stö­ rungstoleranz aufweist; daher kann jede der steuer- bzw. re­ gelbaren Stromversorgungen 12a, 12b so ausgebildet sein, daß sie zur Lieferung von elektrischem Strom an den LIM 10a oder 10b oder beide rekonfigurierbar ist.

Die LIMen 10a, 10b sind bevorzugt Dreiphasen-Induktionsmoto­ ren, welche Dreiphasenstrom für den Betrieb erfordern können bzw. erfordern. Demgemäß können die gewünschte Wechselspannung und der zum Erregen der LIM-Statoren benötigte Strom durch Verwendung von steuer- bzw. regelbaren Stromversorgungen ge­ liefert werden, die Festkörper-Halbleiterschalteinrichtungen haben, wie zum Beispiel GTO- oder IGBT-Schalteinrichtungen (insbesondere Gate-Abschaltschalter-Schalteinrichtungen bzw. Bipolartransistor-mit-integriertem-Gate-Schalteinrichtungen). Es wird weiter bevorzugt, Leistungskonverter bzw. -umsetzer variabler Spannung, variabler Frequenz in den steuer- bzw. re­ gelbaren Stromversorgungen 12a, 12b zu verwenden, um eine ver­ besserte Leistungsfähigkeit bzw. einen verbesserten Wirkungs­ grad während der Ab- bzw. Anhebung und der Querbewegung zu er­ reichen. Jedoch können auch Umsetzer variabler Spannung, fe­ ster Frequenz verwendet werden. Der Effektivspannungsausgang bzw. die effektive Spannungsausgangsgröße kann durch Betätigen der Schalteinrichtungen gemäß einem vorbestimmten Verfahren erreicht werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die effektive bzw. wirksame Ausgangsspannung unter Verwendung von unterschiedlichen Impulsbreiten erreicht, die mittels Impuls­ breitenmodulationsverfahren in den steuer- bzw. regelbaren Strom- bzw. Leistungsversorgungen 12a, 12b gebildet werden.

Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 14, welche eine wesentliche, grundlegende und/oder entscheidende Steuer- bzw. Regeleinrich­ tung bzw. eine Vital- bzw. Funktionssteuer- bzw. Regeleinrich­ tung sein kann, kann Steuer- bzw. Regel- und Konfigurationsin­ formation an die steuer- bzw. regelbaren Stromversorgungen 12a, 12b liefern. Die Bewegung des Weichengleises 20 mit Bezug auf das Hauptgleis 18 kann unter Verwendung eines Fernsignals 16, welches der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 14 zugeführt wird, von einem entfernten Ort aus befohlen bzw. gesteuert werden. Die Stromversorgungen 12a, 12b, die LIMen 10a, 10b, und die Klemm- bzw. Halte- bzw. Einspannmittel bzw. Sensoren 24a, 24b können ein Rückkopplungssignal 22 bzw. Rückkopplungs­ signale 22 liefern, welches bzw. welche es der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 14 ermöglichen, die Zustände, Position(en) und den Bewegungsstatus des Systems, die Weichenstellposition und die Verriegelungs- bzw. Arretierungsangabe zu überwachen. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 14 kann außerdem eine Sy­ stemprüfung und selbstdiagnostische bzw. fehlersuchende Über­ prüfungen ausführen. Die Klemm- bzw. Einspann- bzw. Haltemit­ tel bzw. -einrichtungen 24a, 24b können eine mechanische Ver­ riegelungs- bzw. Arretierungswirkung vorsehen, welche die Ge­ staltungs- bzw. Ausbildungskriterien der Eisenbahnindustrie erfüllt. Außerdem können die Klemm- bzw. Halte- bzw. Einspann- bzw. Sensormittel bzw. -einrichtungen 24a, 24b Weichenstellpo­ sition- und Verriegelungs- bzw. Arretierungsangabeinformation mittels des Rückkopplungssignals 22 an die Steuer- bzw. Regel­ einrichtung 14 liefern, obwohl die Schienenweicheninformation über das Signal 22 auch durch andere Mittel als die Klemm- bzw. Einspann- bzw. Haltemittel bzw. -einrichtungen 24a, 24b geliefert werden kann, wie zum Beispiel von direkt auf oder an den Gleisen 18, 20 plazierten Sensoren.

Typischer- bzw. vorzugsweise kann der Betrieb des Systems wie folgt vor sich gehen:
Eine menschliche Bedienungsperson in einem entfernten Steuer­ zentrum kann zu der Weiche 1 einen Befehl zum Ändern der Posi­ tion des Weichengleises 20, d. h. zum Ändern der Weichenstell­ position, senden, indem sie ein Fernsignal 16 zu der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 14 schickt. Die Steuer- bzw. Regelein­ richtung 14 ihrerseits liefert ein Betriebssignal 24 an die steuer- bzw. regelbaren Stromversorgungen 12a, 12b. Die Strom­ versorgungen 12a, 12b können Leistung bzw. Strom an den jewei­ ligen LIM 10a und 10b liefern. Anfänglich hebt die den LIMen 10a, 10b zugeführte Leistung das Weichengleis 20 und die Hal­ testrukturen 26 hoch, weg vom Boden, oder sie vermindert den normalen Schwerkraftbereich bzw. die normale Schwerkraftfläche bzw. das normale Schwerkraftausmaß, der bzw. die bzw. das auf die bzw. an den Haltestrukturen wirkt. Wenn diese Coulomb- und Reibungskräfte einmal vermindert oder überwunden sind, werden die elektromagnetischen Felder der LIMen 10a, 10b so manipu­ liert bzw. betätigt, daß eine Lateralbewegung quer zu der Aus­ richtung des Hauptgleises 18 vorgesehen wird. Die Lateralbe­ wegung der Haltestrukturen 26 und des Weichengleises 20 re­ lativ zu dem Hauptgleis 18 bewerkstelligt die gewünschte Be­ wegung. Die LIMen können derart ausgebildet bzw. ausgelegt sein, daß die Lateralkraft, welche durch die LIMen 10a, 10b zusammen oder durch einen der LIMen 10a, 10b allein erzeugt wird, ausreichen kann, um irgendwelchen Ballast oder irgend­ welches andere Material, der bzw. das zwischen den Weichen­ gliedern steckengeblieben ist oder festsitzt oder sich in anderer Weise ein- oder angelagert hat, zu zerdrücken und/oder wegzudrücken. Wenn das Weichengleis 20 einmal bezüglich des Hauptgleises 18 positioniert ist, wird es bevorzugt, das Wei­ chengleis 20 in der vorbestimmten Position unter Verwendung der Klemm- bzw. Einspann- bzw. Haltemittel oder -einrichtungen 24a, 24b zu verriegeln oder zu arretieren.

Die Fig. 3a bis 3c veranschaulichen den Betrieb der Weiche derart, daß die Position des Weichengleises aus einer ersten vorbestimmten Position zu einer zweiten vorbestimmten Position verändert wird. Die Fig. 3a zeigt die Weichenschienen 48a, 48b in einer ersten Position. In dieser ersten Position ist das Weichenglied bzw. -stellglied 48a im wesentlichen in Kontakt mit der Hauptschiene 44; das Weichenglied bzw. -stellglied 48b ist von der Hauptschiene 46 beabstandet. In Fig. 3a sind die primären Induktoren 40a, 40b entregt, und daher üben die pri­ mären Induktoren 40a, 40b im wesentlichen keine Anziehungs­ kraft nach den Sekundärstrukturen bzw. -induktoren 42a bzw. 42b aus. Es kann zu bevorzugen sein, die primären Induktoren 40a, 40b starr am und erhöht vom Boden 35 zu befestigen. Es kann auch zu bevorzugen sein, daß die Sekundärstrukturen bzw. -induktoren 42a, 42b an der Schienenweichenhaltestruktur 51 befestigt sind, welche ihrerseits an der Schienenweichenhal­ testruktur 50 und den Weichenschienen 48a, 48b befestigt ist.

Wenn elektrischer Strom wahlweise an die Primärinduktoren 40a, 40b angelegt wird, wird eine Anziehungskraft zwischen den Pri­ märinduktoren 40a, 40b und den Sekundärstrukturen bzw. -induk­ toren 42a bzw. 42b erzeugt. Die statische Reibung wird über­ wunden, und es wird bewirkt, daß sich die Sekundärstrukturen bzw. -induktoren 42a, 42b, die befestigten Haltestrukturen 50 und gegebenenfalls 51, und die Weichenschienen 48a, 48b vom Boden 35 abgehoben werden. Eine Querbewegung der Weichenschie­ nen 48a, 48b relativ zu den Hauptschienen 44, 46 wird durch Erzeugen von rotierenden Magnetfeldern in den Primärinduktoren 40a, 40b bewerkstelligt, so daß dadurch die Sekundärstrukturen bzw. -induktoren 42a, 42b lateral bewegt werden. Nachdem die laterale Querbewegung vollendet ist, befindet sich die Wei­ chenschiene 48b im wesentlichen in Kontakt mit der Haupt­ schiene 46, und die Weichenschiene 48a ist im wesentlichen von der Hauptschiene 44 beabstandet.

Wenn sich die Weichenschienen bzw. -gleise 48a, 48b in der zweiten vorbestimmten Position befinden, die in Fig. 3c ge­ zeigt ist, werden die Primärinduktoren 40a, 40b entregt, so daß dadurch die Anziehungskraft aufgelöst wird. Ohne die An­ ziehungskraft werden die Sekundärstrukturen bzw. -kreise 42a, 42b, die Haltestrukturen 50, 57 und die Weichenschienen bzw. -gleise 48a, 48b durch die Schwerkraft zum Boden 35 zurückge­ zogen. Eine Querbewegung in der entgegengesetzten Richtung kann dadurch bewerkstelligt werden, daß man, wie in Fig. 3b veranschaulicht, eine erneute Anziehungskraft erzeugt und bewirkt, daß sich das elektromagnetische Feld, welches den Primärinduktoren 40a, 40b aufgeprägt wird, in der entgegenge­ setzten Richtung dreht.

Obwohl für eine Sekundärstruktur bzw. einen Sekundärinduktor bzw. -kreis auch andere Konfigurationen verwendet werden kön­ nen, kann der Sekundärkreis bzw. -induktor bzw. die Sekundär­ struktur ein Leiter- bzw. Kettensekundärkreis bzw. -induktor 100 bzw. eine Leiter- bzw. Kettensekundärstruktur 100 sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Es kann zu bevorzugen sein, daß der Käfig 102 aus Aluminium hergestellt ist und die rück- oder un­ terseitige Reaktionsplatte 104 aus Eisen ausgebildet oder zu­ sammengesetzt ist, und zwar mehr bevorzugt aus laminiertem Ma­ terial, insbesondere laminiertem Eisen. Die Platte 104 kann demgemäß als "Gegeneisen" oder "Rückeisen" bezeichnet werden. Alternativ kann die Sekundärstruktur 100 aus einer flachen Aluminiumplatte, die an dem Gegen- bzw. Rückeisen 104 befe­ stigt ist, zusammengesetzt sein. Durch die bevorzugte Konfigu­ ration der Sekundärstruktur wird die Existenz einer Längskom­ ponente der Stromdichte zusätzlich zu einer Querkomponente in dem Reaktionskäfig reduziert, so daß dadurch Querrand- bzw. -kantenwirkungen im wesentlichen aufgehoben und die sekundären Jouleschen Verluste bzw. die Jouleschen Verluste in der Sekun­ därstruktur vermindert werden, wodurch demgemäß der LIM-Lei­ stungsfaktor erhöht wird.

Die Fig. 5a zeigt einen LIM, der einen Primärinduktor 240 und eine Sekundärstruktur 242, beispielsweise einen Sekundärkreis 242, aufweist, im entregten Zustand. Außerdem sind mechanische Halte- bzw. Abstützungs-Abstandsführungen 243a, 243b veran­ schaulicht. Wenn elektrischer Strom an den Primärinduktor 240 angelegt wird, wird, wie in Fig. 5b gezeigt ist, wird die Se­ kundärstruktur 242 an denselben angezogen. Die Anziehungskraft kann dazu benutzt werden, eine vollständige Ab- bzw. Anhebe- bzw. Schwebewirkung auf die Sekundärstruktur 242 und die Wei­ chengleishaltestruktur 251 vorzusehen. Jedoch kann es wün­ schenswert sein, nur die Reibungskraft zu vermindern und zu steuern, um eine glatte, gleichmäßige und/oder sanfte Querbe­ wegung zu ermöglichen. In jedem Falle können die mechanischen Halte- bzw. Abstützungs-Führungsabstandsteile 243a, 243b da­ hingehend wirken, daß sie den Luftspalt 241 zwischen dem Pri­ märinduktor 240 und der Sekundärstruktur 242, beispielsweise dem Sekundärkreis 242, im wesentlichen konstant halten, so daß dadurch die Steuer- bzw. Regelfunktion vereinfacht wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebe­ nen und/oder dargestellten Ausführungsformen beschränkt, son­ dern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich aus der ge­ samten Offenbarung ergibt, in vielfältiger Weise abwandeln und ausführen.

Mit der Erfindung wird insbesondere ein Linearinduktionsschie­ nenweichenmechanismus zur Verfügung gestellt, der wenigstens einen Linearinduktionsmotor (LIM) zum Querverschieben eines Weichengleises aus einer ersten Position in eine zweite Posi­ tion hat. Um die Reibungskräfte während der Querbewegung zu vermindern, kann der Weichenmechanismus von den darunterlie­ genden Strukturen ab- bzw. angehoben, insbesondere in einem frei schwebenden Zustand abgehoben, werden. Die Weiche kann wenigstens eine steuer- und/oder regelbare Stromversorgungs­ einrichtung haben, welche elektrische Leistung zu einem ein­ zelnen Linearinduktionsmotor oder zu Gruppen von Linearinduk­ tionsmotoren, die Dreiphasenmotoren sein können, zuführen kann. Die Weiche kann eine Vital- bzw. wesentliche bzw. funk­ tionelle Kontroll- bzw. Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf­ weisen, welche mit wenigstens einer steuer- und/oder regelba­ ren Stromversorgungseinrichtung verbunden ist. Die Vital- bzw. wesentliche bzw. funktionelle Kontroll- bzw. Steuer- und/oder Regeleinrichtung spricht auf wenigstens eines der folgenden Signale an: ein Rückkopplungssignal von einer steuer- und/oder regelbaren Stromversorgungseinrichtung, ein Rückkopplungssi­ gnal von einem Linearinduktionsmotor, ein Rückkopplungssignal von einem Weichengleis und/oder ein Fernsignal bzw. ein Fern­ steuerungssignal. Der Linearinduktionsmotor kann einen Primär­ induktor aufweisen, welcher im wesentlichen starr an dem Boden bzw. Erdboden bzw. einer Bodenstruktur befestigt ist, und eine Sekundärstruktur, welche an dem Weichengleis befestigt ist; oder umgekehrt. In einigen Ausführungsformen kann die Sekun­ därstruktur eine Leiter- bzw. Kettensekundärstruktur sein. Wenn der Linearinduktionsmotor erregt wird, wird die Sekundär­ struktur, beispielsweise die Leiter- oder Kettensekundärstruk­ tur, magnetisch an den Primärinduktor angezogen, und demgemäß wird die Sekundärstruktur, beispielsweise die Leiter- bzw. Kettensekundärstruktur, in Ansprechung auf das von dem Primär­ induktor erzeugte Magnetfeld bewegbar bzw. bewegt. Die steuer- und/oder regelbare Stromversorgungseinrichtung, die bei der Weiche verwendet wird, kann einen Festkörperstrom- bzw. -lei­ stungsumsetzer umfassen oder ein solcher sein, der eine ge­ steuerte oder geregelte Ausgangsspannung hat, und zwar kann derselbe auf einem Impulsbreitenmodulationsschema beruhen bzw. aufgrund eines Impulsbreitenmodulationsprinzips arbeiten. Der Festkörperstrom- bzw. -leistungsumsetzer kann ein Umsetzer va­ riabler Spannung, variabler Frequenz sein, obwohl auch ein Um­ setzer variabler Spannung, fester Frequenz verwendet werden kann.

Claims (15)

1. Eisenbahnweichenmechanismus zum Steuern des Verkehrs zwischen alternativen Schienengleisen, umfassend:

• (a) wenigstens eines Linearinduktionsmotor (10a, 10b) zum Querverschieben eines Weichengleises (20) aus einer er­ sten vorbestimmten Position in eine zweite vorbestimmte Position, wobei der wenigstens einen Linearinduktions­ motor (10a, 10b) betriebsfähig mit dem Weichengleis (20) verbunden ist;
• (b) wenigstens eine steuer- und/oder regelbare Leistungs- oder Stromversorgung (12a, 12b), die mit dem wenigstens eine Linearinduktionsmotor (10a, 10b) zum Liefern von elektrischem Strom an den wenigstens einen Linearinduk­ tionsmotor (10a, 10b) verbunden ist; und
• (c) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (14), die mit der wenigstens einen steuer- und/oder regelbaren Leistungs- bzw. Stromversorgung (12a, 12b) verbunden ist, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (14) auf wenigstens ei­ nes der folgenden Signale anspricht: ein Rückkopplungs­ signal von der wenigstens einen steuer- und/oder regelba­ ren Leistungs- oder Stromversorgung (12a, 12b), ein Rück­ kopplungssignal von dem wenigstens einen Linearinduk­ tionsmotor (10a, 10b), ein Rückkopplungssignal von dem Weichengleis (20) und ein Fernsignal (16).

2. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Li­ nearinduktionsmotor (10a, 10b) weiter folgendes umfaßt:

• (a) einen Primärinduktor (40a, 40b), der im wesentlichen starr befestigt ist; und
• (b) eine Sekundärstruktur oder einen Sekundärkreis (42a, 42b), die bzw. der mit dem Weichengleis (20) verbunden ist, wobei die Sekundärstruktur oder der Sekundärkreis (42a, 42b) wahlweise magnetisch an den Primärinduktor (40a, 40b) anziehbar ist und die Sekundärstruktur oder der Sekundärkreis (42a, 42b) in Ansprechung auf ein von dem Primärinduktor (40a, 40b) erzeugtes Magnetfeld beweg­ bar ist.

3. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Linearinduktionsmotor (10a, 10b) ein Dreiphasen-Linearin­ duktionsmotor ist.

4. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär­ struktur oder der Sekundärkreis (42a, 42b; 100; 242) in bzw. zu einer Leiter- oder Kettensekundärstruktur oder in bzw. zu einem Leiter- oder Kettensekundärkreis konfiguriert ist.

5. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der we­ nigstens eine Induktionsmotor (10a, 10b) das Weichengleis (20) auch anhebt bzw. freischwebend hochhebt.

6. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ei­ senbahnweichenmechanismus weiter ein Abstandsteil (243a, 243b) oder eine Abstandseinrichtung umfaßt, das bzw. die zwischen dem Primärinduktor (240) und der Sekundärstruktur oder dem Se­ kundärkreis (242) angeordnet ist, wobei das Abstandsteil (243a, 243b) oder die Abstandseinrichtung von einer vorbe­ stimmten Dicke ist, um einen im wesentlichen konstanten Luft­ spalt (241) zwischen dem Primärinduktor (240) und der Sekun­ därstruktur oder dem Sekundärkreis (242) aufrechtzuerhalten, wenn der wenigstens Linearinduktionsmotor (10a, 10b) erregt ist.

7. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die we­ nigstens eine steuer- und/oder regelbare Leistungs- oder Stromversorgung (12a, 12b) oder jede der steuer- und/oder re­ gelbaren Leistungs- oder Stromversorgungen (12a, 12b) weiter wenigstens einen Festkörperleistungs- oder -stromumsetzer auf­ weist, der einen spannungsgesteuerten und/oder -geregelten Ausgang hat, wobei der spannungsgesteuerte und/oder -geregelte Ausgang impulsbreitenmoduliert ist.

8. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Induktionsmotor (10a, 10b) das Weichengleis (20) auch an­ hebt oder freischwebend hochhebt.

9. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Festkörperleistungs- oder -stromumsetzer oder jeder der Festkörperleistungs- oder -stromumsetzer ein Umsetzer varia­ bler Spannung, variabler Frequenz ist.

10. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ei­ senbahnweichenmechanismus wenigstens ein Klemm-, Einspann- und/oder Haltemittel (24a, 24b) oder wenigstens eine Klemm-, Einspann- und/oder Halteeinrichtung (24a, 24b) zum Verriegeln oder Arretieren des Weichengleises (20) in einer vorbestimmten Position umfaßt, wobei das Klemm-, Einspann- und/oder Halte­ mittel oder die Klemm-, Einspann- und/oder Halteeinrichtung mit dem Weichengleis (20) und der Steuer- und/oder Regelein­ richtung (14) verbunden oder verbindbar ist und eine Weichen­ stellpositionsangabe und/oder eine Verriegelungs- bzw. Arre­ tierungsangabe an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (14) liefert.

11. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (14) wahlweise mit der we­ nigstens einen steuer- und/oder regelbaren Leistungs- oder Stromversorgung (12a, 12b) oder mit irgendeiner oder mehreren oder allen der steuer- und/oder regelbaren Leistungs- oder Stromversorgungen (12a, 12b) verbindbar ist, und die wenig­ stens eine steuer- und/oder regelbare Leistungs- oder Strom­ versorgung (12a, 12b) oder jede der steuer- und/oder regelba­ ren Leistungs- oder Stromversorgungen (12a, 12b) wahlweise mit dem wenigstens einen Linearinduktionsmotor (10a, 10b) oder ei­ nem oder mehreren der Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) ver­ bindbar ist, derart, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (14) wenigstens einen Linearinduktionsmotor (10a, 10b) oder einen oder mehrere von den Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) ausgewählte Linearinduktionsmotoren betreiben kann.

12. Eisenbahnweichenmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Eisenbahnweichenmechanis­ mus weiter folgendes umfaßt:

• (a) eine Mehrzahl von Linearinduktionsmotoren (10a, 10b), wo­ bei jeweilige Linearinduktionsmotoren eines Paars aus der Mehrzahl der Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) auf ent­ gegengesetzten Seiten des Weichengleises (20) angeordnet sind; und
• (b) die wenigstens eine Leistungs- oder Stromversorgung oder mehrere oder alle der Leistungs- oder Stromversorgungen (12a, 12b) je einen oder eine Mehrzahl von Festkörperlei­ stungs- oder -stromumsetzern umfaßt bzw. umfassen, wobei jeweilige Festkörperleistungs- oder -stromumsetzer eines Paars aus der Mehrzahl der Festkörperleistungs- oder -stromumsetzer wahlweise mit den jeweiligen Linearinduk­ tionsmotoren (10a, 10b) des Paars aus der Mehrzahl der Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) so verbunden sind, daß das Paar von Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) dadurch in einer abwechselnd in entgegengesetzter Richtung arbei­ tenden Konfiguration betreibbar ist.

13. Eisenbahnweichenmechanismus nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) das Weichengleis außerdem anheben oder schwebend hochheben.

14. Verfahren zum Überführen eines Verkehrsstroms von einem ersten Gleis zu einem zweiten Gleis, umfassend die fol­ genden Verfahrensschritte:

• (a) Betätigen von wenigstens einem Linearinduktionsmotor (10a, 10b), wobei der wenigstens eine Linearinduktionsmo­ tor (10a, 10b) oder jeder oder mehrere der vorgesehenen Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) jeweils einen Primär­ induktor (40a, 40b) und eine Sekundärstruktur oder einen Sekundärkreis (42a, 42b) hat bzw. haben, wobei eine oder mehrere jeweilige Sekundärstruktur(en) oder ein oder meh­ rere jeweilige Sekundärkreis(e) (42a, 42b) der Sekundär­ struktur(en) oder Sekundärkreis(e) (42a, 42b) an einem Eisenbahnweichengleis (20; 48a, 38b) befestigt ist bzw. sind;
• (b) Erzeugen einer vertikalen Anziehungskraft in Ansprechung auf das Betätigen, und zwar zwischen einem Primärinduktor (40a, 40b) des wenigstens einen Linearinduktionsmotors (10a, 10b) oder mehrerer Linearinduktionsmotoren (10a, 10b) und einer Sekundärstruktur oder einem Sekundärkreis (42a, 42b) des wenigstens einen Linearinduktionsmotors (10a, 10b) oder von mehreren Linearinduktionsmotoren (10a, 10b);
• (c) Anwenden einer horizontalen Schubkraft auf eine Seite des Eisenbahnweichengleises (20; 48a, 48b), wobei die Schub­ kraft in einer ersten Richtung gerichtet ist; und
• (d) Anwenden einer horizontalen Schubkraft auf die andere Seite des Eisenbahnweichengleises (20; 48a, 48b), wobei die Schubkraft in der ersten Richtung gerichtet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14 zum Überführen eines Verkehrsflusses von einem ersten Gleis zu einem zweiten Gleis, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen der Anziehungskraft weiter den Schritt des Ab- oder Anhebens oder Schwebendhochhebens des Weichengleises (20; 48a, 48b) umfaßt.