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Die Erfindung betrifft eine Federmechanik zur Erzeugung einer Zungenhaltekraft in einer Rückfallweiche, mit einer linear verformbaren und schwenkbar gelagerten Federeinheit, deren eines Ende auf einen Stellhebel drückt, der über ein Antriebsgestänge mit Zungen der Weiche gekoppelt ist.
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Wenn eine Weiche von einem Schienenfahrzeug spitz angefahren wird, d.h. aus der Richtung, in welche die Weichenzungen zeigen, so werden die Spurkränze der Räder des Schienenfahrzeugs auf der Seite, auf der sich die anliegende Weichenzunge befindet, durch diese Weichenzunge in die gewünschte Richtung gelenkt. Die Federmechanik dient dazu, die anliegende Zunge mit einer ausreichenden Haltekraft gegen eine zugehörige Backenschiene der Weiche anzudrücken, so dass die Spitze der Weichenzunge sich eng an die Backenschiene anschmiegt und somit beim Überfahren der Weiche kein heftiger Stoß auf die Räder des Schienenfahrzeugs ausgeübt wird. Die Federmechanik kann zugleich auch dazu dienen, die abliegende Zunge der Weiche in der abliegenden Position zu halten. Wenn die Weiche stumpf angefahren wird, so kann es vorkommen, dass sich die Weiche nicht in der richtigen Position befindet und somit die abliegende Zunge durch die Räder des Schienenfahrzeugs in die anliegende Position gedrückt werden muss. Bei einer Rückfallweiche fällt diese Zunge dann jedoch aufgrund der Kraft der Federmechanik wieder in die abliegende Position zurück. Die Weiche kann so zwar überfahren werden, jedoch wird dabei kein Umstellvorgang ausgelöst.
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Bei einer herkömmlichen Federmechanik wirkt die Federeinheit auf ein Ende des Stellhebels, der, wenn sich die Weichenzungen in einer Endlage befinden, quer zur Längsrichtung der Federeinheit von einer Welle absteht. Die Federeinheit, die zumeist durch eine Druckfeder oder ein Druckfederpaket gebildet wird, übt dann ein Drehmoment auf die Welle aus, die über ein Getriebe mit den Antriebsstangen für die Weichenzungen verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Federmechanik zu schaffen, bei der sich die Vorzugsstellung, in welche die Weiche automatisch zurück fällt, einfach umstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stellhebel zwei Widerlager aufweist, die so angeordnet sind, dass ein Kopf der Federeinheit je nach Vorzugsstellung der Weiche entweder an dem einen oder dem anderen Widerlager anliegt, und dass ein Aushebemechanismus dazu vorgesehen ist, den Kopf von dem einen Widerlager auf das andere umzustellen.
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Wenn sich die Weiche in einer ersten Vorzugsstellung befindet, so drückt der Kopf der Federeinheit auf ein erstes der beiden Widerlager und übt dadurch auf den Stellhebel ein Drehmoment aus, durch das eine erste Weichenzunge mit ausreichender Kraft in der anliegenden Position gehalten wird. Wenn die Weiche aus der feindlichen Richtung angefahren wird und somit die zweite Weichenzunge vorübergehend in die anliegende Position gedrückt wird, so gibt die Federeinheit nach, sorgt dann jedoch wieder die für die Rückkehr der Weichenzungen in die gewählte erste Vorzugsstellung. Mit Hilfe des Aushebemechanismus ist es möglich, den Kopf der Federeinheit so weit von dem ersten Widerlager wegzudrücken, dass sich die Federeinheit dann in Richtung auf das zweite Widerlager verschwenken lässt. Wenn diese Schwenkbewegung vollzogen ist, drückt die Federeinheit den Stellhebel über das zweite Widerlager in eine entgegengesetzte Endlage, in der die zweite Weichenzunge die anliegende Zunge ist. Die Umstellung der Vorzugsrichtung lässt sich auf diese Weise mit geringem Arbeitsaufwand vornehmen, ohne dass die Federeinheit entspannt oder demontiert werden müsste. Da der Aushebemechanismus die Federeinheit beim Ausheben nur wenig zu komprimieren braucht, lässt sich der Vorgang auch mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand ausführen.
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Die Erfindung hat zugleich den Vorteil, dass sich durch geeignete Wahl der Länge des Stellhebels und der Lage des Schwenklagers der Federeinheit ein günstiger Kraftverlauf erreichen lässt, bei dem sichergestellt ist, dass in jeder Position der Weichenzungen eine angemessen hohe Rückstellkraft auf die Weichenzungen ausgeübt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Federmechanik sehr einfach für den Einsatz in einer Weichenstellvorrichtung für eine umstellbare Weiche umrüsten lässt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Kopf der Federeinheit eine flache Mulde auf, in die ein konvexer Teil des jeweiligen Widerlagers eingreift. Durch die Federkraft wird dann zugleich der Kopf sicher in der Eingriffsposition an dem Widerlager gehalten. Vorzugsweise ist die Breite des Kopfes in der Richtung quer zur Längsachse der Federeinheit größer als die Breite der Lücke zwischen den beiden Widerlagern, und der Kopf weist auf jeder Seite der Mulde eine abgerundete Kontur für das Widerlager auf. Wenn dann eine Kraft zum Verschwenken der Federeinheit auf den Kopf ausgeübt wird, so tritt der Kopf unter leichter Kompression der Federeinheit aus der Eingriffsposition an dem Widerlager heraus und gelangt dann über eine Zwischenposition, in der er sich mit seinen abgerundeten Konturen an beiden Widerlagern abstützt, in die Eingriffsposition an dem anderen Widerlager. Die Distanz, um welche die Federeinheit bei dem Umstellvorgang ein- und ausfedern muss, kann auf diese Weise sehr gering gehalten werden.
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Zum Verschwenken der Federeinheit kann beispielsweise eine an dem Kopf angreifende Stellgabel vorgesehen sein, die schwenkbar auf der Welle des Stellhebels gelagert ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine einfache Umrüstung für umstellbare Weichen dadurch ermöglicht, dass der Stellhebel einen radial von der Welle ausgehenden Arm aufweist, der in einer Mittelstellung, in der beide Weichenzungen gleich weit von ihrer anliegenden Position entfernt sind, in gerader Verlängerung der Achse der Federeinheit verläuft und dessen freies Ende über einen Kniegelenkhebel mit dem Kopf der Federeinheit verbindbar ist. Wahlweise kann dieser Arm auch Teil eines separaten Stellhebels sein, der ebenso wie der Kniegelenkhebel Teil eines Umrüstsatzes ist und sich anstelle des Stellhebels, der die beiden Widerlager aufweist, auf der Welle montieren lässt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Federmechanik gemäß der Erfindung in einer Endlage in einer ersten Vorzugsstellung,
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2 die Federmechanik nach 1 in einer entgegengesetzten Endlage;
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3 einen Aushebemechanismus zum Umstellen der Vorzugsstellung;
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4 einen Zwischenzustand beim Umstellen der Vorzugsstellung;
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5 eine Federmechanik in einer Endlage in der zweiten Vorzugsstellung; und
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6 die Federmechanik nach 1 in einer Konfiguration für umstellbare Weichen.
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Die in 1 gezeigte Federmechanik ist in ein Gehäuse 10 eingebaut und weist eine linear verformbare Federeinheit 12 auf, die in diesem Beispiel durch ein Druckfederpaket mit einer ausfahrbaren Druckstange 14 gebildet wird. Das der Druckstange 14 entgegengesetzte Ende der Federeinheit 12 ist durch ein Gelenk 16 schwenkbar im Gehäuse 10 gehalten.
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Die Druckstange 14 weist am freien Ende einen Kopf 18 auf, der unter Druckspannung an einem Widerlager 20 anliegt. Das Widerlager 20 hat die Form einer Rolle, die drehbar an einem Arm 22 eines Stellhebels 24 gelagert ist, der seinerseits drehbar auf einer Welle 26 sitzt. Ein weiterer Arm 28 des Stellhebels bildet mit dem Arm 22 einen Winkel von etwa 120° und trägt ein zweites Widerlager 30, das ebenfalls durch eine Rolle gebildet wird.
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Ein weiterer Arm 32 des Stellhebels 24 ist über eine Koppelstange 34 gelenkig mit einem Hebel 36 verbunden, der drehfest auf einer Antriebswelle 38 sitzt. Die Antriebswelle 38 ist drehbar im Gehäuse 10 gelagert und verläuft in der Nähe des Gelenks 16 am Ende der Federeinheit 12. Ein außerhalb des Gehäuse 10 liegendes Ende der Antriebswelle 38 ist über ein nicht gezeigtes Getriebe, beispielsweise in der Form eines Hebels, mit Antriebsstangen für Weichenzungen einer Rückfallweiche verbunden.
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In dem in 1 gezeigten Zustand nimmt der Hebel 36 eine erste Endlage ein, in der eine erste der beiden Weichenzungen in Anlage an einer zugehörigen Backenschiene gehalten wird. Durch das Druckfederpaket der Federeinheit 12 wird über den Kopf 18 eine Kraft auf das Widerlager 20 ausgeübt, mit der Folge, dass auf den Stellhebel 24 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn in 1 wirkt. Der Arm 32 des Stellhebels übt deshalb auf die Koppelstange 34 einen Zug aus, durch den der Hebel 36 mit einer durch die Federeinheit 12 bestimmten Kraft in der Endlage gehalten wird.
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Die zweite Weichenzunge der Rückfallweiche ist ebenfalls über ein Getriebe mit der Antriebswelle 38 gekoppelt und wird in dem in 1 gezeigten Zustand in der abliegenden Position gehalten. Wenn nun die Rückfallweiche aus der feindlichen Richtung von einem Schienenfahrzeug angefahren wird, so drücken die Spurkränze der Räder des Schienenfahrzeugs die abliegende Zunge in die anliegende Position, so dass die Antriebswelle 38 im Gegenuhrzeigersinn in 1 gedreht wird und die bisher anliegende Zunge in eine abliegende Position gezogen wird. Der Hebel 36 schwenkt dabei in die in 2 gezeigte Position. Über die Koppelstange 34 wird der Stellhebel 24 im Gegenuhrzeigersinn um die Welle 26 gedreht. Dementsprechend drückt das Widerlager 20 auf den Kopf 18 und komprimiert die Federeinheit 12. Wenn die Räder des Schienenfahrzeugs die Weiche passiert haben, drückt die Federeinheit 12 die Weiche in die Ausgangsstellung gemäß 1 zurück.
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Wie in 1 und 2 zu erkennen ist, bildet der Kopf 18 auf der dem Widerlager 20 zugewandten Seite eine flache Mulde, in die das Widerlager 20 mit einem Teil seines Umfangs eingreift. Bei den oben beschriebenen Bewegungsabläufen bewegt sich das Widerlager 20 nicht nur längs der Achse der Federeinheit 12, sondern auch in der Richtung quer zu dieser Achse. Der Eingriff des Widerlagers 20 in die Mulde des Kopfes 18 bewirkt, dass die Federeinheit 12 eine entsprechende Schwenkbewegung um das Gelenk 16 ausführt und somit das Widerlager 20 nicht von dem Kopf 18 abgleitet.
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In der in 2 gezeigten Position bildet der Arm 22 des Stellhebels mit der Achse der Federeinheit einen sehr stumpfen Winkel, der jedoch kleiner als 180° ist, so dass die Federeinheit 12 und der Arm 22 nicht in eine gestreckte Position gelangen, in der sie auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Dadurch wird verhindert, dass der Federmechanismus bei der Bewegung von der in 1 gezeigten Stellung in die in 2 gezeigte Stellung einen Totpunkt überschreitet. Somit spannt die Federeinheit 12 den Stellhebel 24 auch in der in 2 gezeigten Stellung weiterhin im Uhrzeigersinn vor,, also in Richtung auf die Endlage, die die Weichenzunge und der Hebel 36 in 1 ursprünglich eingenommen hatten.
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In 1 ist der Winkel, den die Achse der Federeinheit 12 und der Arm 22 des Stellhebels miteinander bilden, deutlich größer als in 2. Dementsprechend wird in 1 nahezu die gesamte Federkraft in ein Drehmoment umgesetzt, das die Tendenz hat, den Stellhebel 24 um die Welle 26 zu drehen. Wenn sich die Federmechanik dem in 2 gezeigten Zustand nähert, so wird die Komponente der Federkraft, die zu dem Drehmoment beiträgt, immer kleiner. Das wird jedoch zumindest zum Teil dadurch kompensiert (oder überkompensiert) dass die Feder stärker komprimiert wird und daher die Federkraft zunimmt. Insgesamt lässt sich so über den gesamten Verstellbereich des Stellhebels 24 ein annähernd konstanter Kraftverlauf erreichen. Durch geeignete Wahl der Länge des Armes 22 des Stellhebels und der Lage des Gelenks 16 lässt sich auch erreichen, dass die Rückstellkraft, die auf die anliegende Weichenzunge wirkt, beim Verlassen der anliegenden Position zunächst noch etwas zunimmt und erst dann leicht wieder abnimmt. Das hat den Vorteil, dass die Zunge sehr zuverlässig in der anliegenden Position gehalten wird.
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Solange der Kopf 18 an dem Widerlager 20 anliegt, kehrt die Weiche immer wieder in die in 1 gezeigte Stellung zurück, die deshalb eine Vorzugsstellung darstellt. Gelegentlich besteht jedoch der Wunsch, die Weiche so umzukonfigurieren, dass die entgegengesetzte Weichenstellung die Vorzugsstellung ist, also die Stellung, in der die bisher abliegende Zunge die anliegende Zunge ist und umgekehrt. Zu diesem Zweck weist die hier vorgeschlagene Federmechanik einen Aushebemechanismus 40 auf, die in 1 und 2 nur strichpunktiert angedeutet, jedoch in 3 deutlicher dargestellt ist. Dieser Aushebemechanismus 40 wird gebildet durch eine mitdrehbar auf der Welle 26 sitzende Gabel 42 und einen Schlitten 44, der verschiebbar in der Gabel 42 geführt und gelenkig mit dem Kopf 18 verbunden ist. Die durch die Gabel 42 gebildete Führung für den Schlitten 44 verläuft radial in Bezug auf die Welle 26.
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Um die Vorzugsstellung zu wechseln, wird in dem in 3 gezeigten Zustand ein im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die Welle 26 ausgeübt, beispielsweise mit Hilfe eines Stelleisens, das in eine außerhalb des Gehäuses 10 an der Welle 26 angeordnete Stelltasche eingesteckt wird. Die Gabel 42 schwenkt dann um die Welle 26 (unabhängig von dem Stellhebel 24) und drückt dabei auf den Schlitten 44, in den ein von dem Kopf 18 abstehender Gelenkbolzen eingreift. Auf diese Weise wird durch die Gabel 42 auch die Federeinheit 12 um das Gelenk 16 verschwenkt. Die Federkraft hält dabei den Stellhebel 24 zunächst weiter in der bisherigen Endlage, jedoch rollt nun das Widerlager 20 am Boden der Mulde des Kopfes 18 ab und tritt aus dieser Mulde aus. Die Federeinheit 12 wird dabei geringfügig komprimiert, so dass bei dem Umstellvorgang ein gewisser Widerstand überwunden werden muss, der aber deutlich kleiner ist als der Widerstand, der beim Verschwenken des Stellhebels 24 aus der Position gemäß 1 in die Position gemäß 2 überwunden werden muss.
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Der Kopf 18 bildet auf beiden Seiten der Mulde, d. h. oberhalb und unterhalb der Mulde in 3, eine abgerundete Kontur. An der oberen dieser abgerundeten Konturen rollt das Widerlager 22 im weiteren Verlauf des Umstellvorgangs ab. Im weiteren Verlauf dieser Bewegung trifft dann die untere abgerundete Kontur des Kopfes auf die Umfangsfläche des anderen Widerlagers 30. Wenn die Gabel 42 weiter verschwenkt wird, so wird auch der Stellhebel 24 bei der Drehbewegung um die Welle 26 mitgenommen.
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In 4 ist eine Mittelstellung erreicht, in der die Federeinheit 12, die Widerlager 20 und 30 und der Aushebemechanismus 40 symmetrische Positionen in Bezug auf eine Achse einnehmen, die durch das Gelenk 16 und die Welle 26 hindurchgeht. Die Federeinheit 12 unterstützt nun, wenn die Gabel 42 weiter geschwenkt wird, die Schwenkbewegung des Stellhebels 24 im Gegenuhrzeigersinn.
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In 5 ist der Umstellvorgang abgeschlossen und der Stellhebel 24 sowie der Hebel 36 und dementsprechend auch die Weichenzungen haben die entgegengesetzte Endlage erreicht, die nun die Vorzugsstellung bildet. Das Widerlager 30 liegt nun in der Mulde des Kopfes 18, und die Kraft der Federeinheit 12 spannt die Weichenzungen in die neue Vorzugsstellung vor. Wenn die Weiche Wenn die Weiche aus der feindlichen Richtung angefahren wird, so sind die Bewegungsabläufe spiegelbildlich zu den Abläufen, die mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben wurden.
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Wenn in dem in 5 gezeigten Zustand ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die Welle 26 ausgeübt wird, so kann die Weiche wieder auf die in 1 bis 3 gezeigte Vorzugsstellung zurückgestellt werden.
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6 illustriert, wie sich die hier vorgeschlagene Federmechanik mit wenigen Handgriffen in eine Konfiguration umrüsten lässt, wie sie für umstellbare Weichen benötigt wird. Der Stellhebel 24 hat einen abtrennbaren Teil 24', der nur den mit der Koppelstange 34 verbundenen Arm 32 sowie einen etwa rechtwinklig dazu angeordneten Arm 46 bildet. Das freie Ende des Armes 46 ist über einen Kniegelenkhebel 48 mit dem Kopf 18 der Federeinheit 12 verbunden. An einem Gelenk 50 zwischen dem Kniegelenkhebel 48 und dem Kopf 18 greift ein Lenker 52 an, der um eine gehäusefeste Achse 56 schwenkbar ist. Der Aushebemechanismus 40 und der Teil des Stellhebels 24, der die Arme 22 und 28 mit den Widerlagern 20 und 30 bildet, sind hier demontiert worden. Der Teil 24' des Stellhebels, der in 1 bis 5 auf der Welle 26 drehbar war, ist nun drehfest mit der Welle 26 gekoppelt.
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Die Federeinheit 12 nimmt in 6 eine mittlere Stellung ein, in der ihre Achse etwa durch die Mitte der Welle 26 verläuft. Die Federkraft wirkt über den Kniegelenkhebel 48 auf den Arm 46 und bewirkt ein Drehmoment, das den Hebel 36 und die Weichenzungen in der gleichen Endlage hält wie in 1. Die Weiche lässt sich nun, beispielsweise von Hand mit Hilfe der auf der Welle 26 sitzenden Stelltasche, in die entgegengesetzte Position umstellen. Dabei schwenkt der Teil 24' des Stellhebels im Gegenuhrzeigersinn, der Arm 46 und der Kniegelenkhebel 48 gelangen in eine zunehmend gestreckte Lage und komprimieren dabei die Federeinheit 12. Wenn der Arm 46 und der Kniegelenkhebel 48 eine vollständig gestreckte Position erreichen, schlägt das Kniegelenk durch, und die Federkraft unterstützt dann die weitere Schwenkbewegung des Hebels 36 im Gegenuhrzeigersinn in die Endlage gemäß 2. Durch die Federeinheit werden die Weichenzungen dann elastisch in der erreichten Stellung gehalten, bis ein erneuter Umstellvorgang erfolgt.
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Der Lenker 52 erlaubt das Ein- und Ausfahren der Druckstange 14, verhindert jedoch ein Ausbrechen der Federeinheit nach oben oder unten in 6.
