DE4416820C2

DE4416820C2 - Biegeweiche

Info

Publication number: DE4416820C2
Application number: DE4416820A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Benenowski; Hans-Ulrich Dr Ing Dietze; Erich Dipl Ing Nuding; Stefan Dipl Ing Schmedders; Ruediger Prof Ziethen
Original assignee: Butzbacher Weichenbau GmbH
Current assignee: Voestalpine Turnout Technology Germany GmbH
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: DE4416820A1; US6062144A; RU2103435C1; RU95107646A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Biegeweiche mit einem elastisch biegbaren Träger mit einem feststehenden und einem biegbaren Ende, wobei der Träger von einer ersten Endstel lung, die einer Geradeausstellung der Biegeweiche entspricht, in eine zweite Endstellung, die einer abzweigenden Stellung der Biegeweiche entspricht, durch elastisches Biegen seines biegbaren Endes verstellbar ist.

Bei einer Magnetschnellbahn wird der Fahrweg über einzelne Träger aus Stahl oder Beton gebildet. Die Träger selbst können dabei ebenerdig angeordnet oder aufgeständert sein. Damit ein Fahrzeug von einer Fahrspur zur anderen wechseln kann, werden Stahlbiegeweichen benutzt, die aus einem z. B. 75 bis 150 m langen Stahlträger bestehen, der mit Hilfe eines elektromechanischen Stellantriebs elastisch gebogen werden kann. Zur Erzeugung der Biegeformung können nur Einzelkräfte - jedoch keine Momente - an Abstützungen des Stahlträgers eingeleitet werden. Dies bedeutet, daß die Biegemomentenfläche über die gesamte Stahlträgerlänge geradlinig begrenzt sein und an den Stahlträgerenden den Wert 0 haben muß. Hieraus folgt, daß der Stahlträger an seinem Anfang und Ende eine Krümmung von 0, also einen Krümmungsradius von ∞ aufweisen muß. Hierdurch bedingt weist ein gebogener Stahlträger äußere Übergangsbogenabschnitte, bei denen die Krümmungsradien von ∞ auf einen konstanten Wert zunehmen, sowie einen mittleren Abschnitt, der einer oder mehreren Klothoiden oder einem Kreisbogen folgt, dessen Krümmungsradius den der Endab schnitte der Übergangsbögen entspricht, auf. Dabei können die Übergangsbögen eine Klothoidenform aufweisen. Durch die Biegelinie des elastisch gebogenen Stahlträgers bedingt, weist eine Abzweigung eine häufig nicht gewünschte Länge auf. Eine entsprechende Biegeweiche ist den Literaturstellen "Heinrich u. Kretschmar, Magnetbahn Transrapid Die neue Dimension des Reisens, Herstra-Verlag Darmstadt 1989, ISBN 3-7771-0208, S. 32-35" und "Druckschrift d. Fa. Thyssen Henschel: Neue Verkehrstechnologien Magnetfahrttechnik, Druckvermerk 7000 5/88 D PR+TEXT, S. 1-16" zu entnehmen. Um den elastisch biegbaren Träger zu verstellen, greifen Stellkräfte an Unterstützungspunkten des Trägers ein. Hierdurch bedingt erfolgt eine punktuelle Krafteinleitung, ohne daß in dem Träger selbst Momente erzeugt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Biegeweiche derart weiter zubilden, daß die Biegelinie des Trägers in seinem freien Endbereich zur Verkürzung der Länge der Biegeweiche kontrolliert einstellbar ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von dem biegbaren Ende des Trägers ein Fortsatz ausgeht, der entweder in einer unterhalb der Trägerebene gelegenen Ebene in Richtung des feststehenden Endes des Trägers oder in entgegengesetzter Richtung oder im Inneren des hohl ausgebildeten Trägers in Richtung des feststehendes Endes verläuft, wobei auf dem Fortsatz Kräfte (F) und Gegenkräfte (F) derart einwirken, daß der Träger im Bereich seines biegbaren Endes eine von 0 abweichende kontrolliert einstellbare Krümmung aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, daß der Fortsatz ein auskragender Arm ist, der von dem elastisch biegbaren Ende des Trägers ausgeht. Nach einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß zwischen dem sich innerhalb des hohlen Trägers erstreckenden Fortsatz und dem Träger selbst ein den Abstand zwischen diesen veränderbarer Antrieb wie Hydraulik- oder Spindelantrieb verläuft.

Erfindungsgemäß wird mittels einer Hilfskonstruktion eine Änderung des Biegemomentes in dem elastisch gebogenen Träger derart bewirkt, daß zumindest in seinem freien verschwenk baren Ende eine Biegelinie erzeugt wird, die einen konstanten Krümmungsradius aufweist, der von ∞ abweicht. Hierdurch bedingt weist der nach dem Stand der Technik z. B. eine Klothoidenform aufweisende verschwenkbare Endbereich des Trägers eine Kreisbogenform auf, dessen Radius dem des mittleren als Kreisbogen bezeichneten Abschnitts des Trägers entspricht.

Folglich kann bei einer erfindungsgemäßen Stahlbiegeweiche die Länge der Abzweigung, um ein Fahrzeug von einer Spur zur anderen Spur bzw. von einer Trasse zur anderen wechseln zu lassen, erheblich verkürzt werden. Dies wiederum bedeutet, daß die ansonsten hinzuneh menden Einbußen im Fahrkomfort im Bereich der Abzweigung reduziert werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Stahlbiegeweiche in Draufsicht,

Fig. 2 die Stahlbiegeweiche gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Stahlbiegeweiche in Draufsicht,

Fig. 4 die Stahlbiegeweiche gemäß Fig. 3 in Seitenansicht,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Stahlbiegeweiche in Draufsicht,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII in Fig. 5,

Fig. 8 einen Ausschnitt aus der Stahlbiegeweiche gemäß Fig. 5,

Fig. 9 Prinzipdarstellungen von in der Stahlbiegeweiche erzeugten Biegelinien und

Fig. 10 Momentenverläufe innerhalb der Stahlbiegeweiche gemäß Fig. 5.

Die erfindungsgemäße Lehre soll anhand einer für z. B. Magnetschnellbahnen bestimmten Stahlbiegeweiche erläutert werden.

Fahrbahnen von Magnetschnellbahnen werden durch aneinandergereihte aus Stahl oder Beton bestehende Träger 12 und 14 gebildet, die ebenerdig oder aufgeständert verlaufen können.

Soll ein Wechsel von einer Fahrspur zu einer anderen erfolgen, so gelangen Stahlbiegewei chen zum Einsatz, die aus einem durchgehenden Träger wie Stahlträger 16 bestehen, der über z. B. elektromechanischen Stellantrieb elastisch gebogen werden kann, um von einer Gerade ausstellung 18 in eine Abzweigstellung 20 auf einen Träger 22 einer Abzweigung ausgerich tet zu werden.

Nach dem Stand der Technik kann der gebogene Träger 16 in seiner Abzweigstellung einen Krümmungsverlauf derart aufweisen, daß im Bereich der Enden ein Klothoidenverlauf und im Mittelbereich ein Krümmungsverlauf mit konstantem und von abweichendem Krüm mungsradius vorliegt.

Um jedoch die Länge der Abzweigung, also den Wechsel von einer Fahrbahn zur anderen zu verkürzen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in dem freien elastisch biegbaren Ende 24 des Trägers 16 ein Biegemoment derart erzeugt wird, daß die Biegelinie 26 vom Ende 24 beginnend eine von 0 abweichende konstante Krümmung aufweist, daß also der gebogene Träger 16 nur noch in seinem festgelegten und an den Träger 12 angrenzendem Ende 24 eine Krümmungslinie mit sich änderndem Krümmungsradius derart aufweist, daß dieser von beginnend stetig in den gewünschten konstanten Krümmungsradius übergeht, der auch am freien Ende 24 des Trägers 16 vorliegen soll.

Um dies zu erreichen, geht vom Ende 24 des Trägers 16 ein Fortsatz 28 aus, der sich in einer versetzt zu den Trägern 14 und 16 verlaufenden Ebene und sich über das Ende 24 des Trägers 16 fortsetzend erstreckt.

Um nun den Träger 16 im gewünschten Umfang elastisch biegen zu können, wirken einer seits Kräfte und Gegenkräften auf den Träger 16 im Bereich seines Endes 26 und andererseits entsprechende Kräfte und Gegenkräfte auf den Fortsatz 28, so daß infolge dessen im Ende 24 des Trägers 16 ein von 0 abweichendes Biegemoment und damit eine einen konstanten Krümmungsradius aufweisende Biegelinie erzeugt wird.

Die Richtung der auf den Träger 16 bzw. den Fortsatz 28 einwirkenden Kräfte , sind in der Seitenansicht gemäß Fig. 2 durch Punkte bzw. Kreuze symbolisiert. Dabei kennzeichnet ein Punkt eine aus der Zeichenebene heraustretende und ein Kreuz eine in die Zeichenebene hineintretende Kraft bzw. .

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3, in dem gleiche Elemente bzw. Bereiche mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich von dem vorherigen dahingehend, als daß ein das Biegemoment im Endbereich 24 des Trägers 16 erzeugender Fortsatz 32 sich entlang und unterhalb des Trägers 16 ausgehend vom Ende 24 erstreckt. Hierdurch bedingt wird in dem Fortsatz 32 im Bereich seiner Verbindung zu dem Träger 16 nicht - wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 - eine in Richtung der Geradeausstellung 18 verlaufende Kraft, sondern eine von dieser weggerichteten Kraft erzeugt. Entsprechend entgegengesetzt ver laufen die Kraftvektoren im Bereich der freien Enden des Fortsatzes 28 bzw. 32.

Bei den Fig. 1 bis 4 wird das im Bereich des Endes 24 des Trägers 14 gewünschte Biegemo ment durch auf den Fortsatz 28 bzw. 32 einwirkende Kräfte bestimmt. Demgegenüber wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 bis 10 die gewünschte Biegelinie 26 durch auf den Träger 16 einwirkende äußere Kräfte ₁, sowie eine Kraft ₂ hervorgerufen, die auf einen Fortsatz 34 einwirkt, der sich innerhalb des Trägers 14, bei dem es sich um ein Hohlprofil handelt, erstreckt.

Der Fortsatz 34 ist mit einem Ende 36 fest mit dem Träger 16 verbunden, und zwar im Bereich des Endes 24, in dem ein gewünschtes Biegemoment zur Erzielung einer konstanten Krümmung, die von 0 abweicht, hervorgerufen werden soll.

Von seinem Ende 36 ausgehend kragt der Fortsatz 34 frei ab, so daß sein freies Ende 38 zu dem Träger 16 verstellbar ist. Dies erfolgt dann, wenn durch Einwirken der Kräfte ₁, und ₂, der Träger 16 elastisch gebogen wird. Dies wird auch durch die Querschnittsdar stellungen der Fig. 6 und 7 verdeutlicht.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt dabei eine Kraftkopplung zwischen dem freien Ende 38 des Fortsatzes 34 sowie dem Träger 16. Die Kraftkopplung kann dabei durch einen Spindel- oder Hydraulikantrieb und ein anderes geeignetes Mittel 40 realisiert werden.

Durch die einerseits auf den Träger 16 im Bereich seines Endes 24 einwirkenden Kräfte und Gegenkräfte ₁, und andererseits durch die auf den innerhalb des Trägers 16 sich er streckenden, einen auskragenden Arm bildenden Fortsatz 34 einwirkende Kraft ₂ und die hierdurch hervorgerufene Gegenkraft , die nicht notwendigerweise von dem Träger 16, sondern auch von einem außerhalb von diesem vorhandenen Ort ausgehen kann, wird entlang des Fortsatzes 34 in dem Träger 16 ein Momentenverlauf mit konstantem Biegemoment erzeugt, wie anhand der Fig. 9 und 10 verdeutlicht wird.

So ist in Fig. 9 die Biegung f gegenüber der Länge (l) aufgetragen, innerhalb der sich der Innenträger 34 in dem Träger 16 ersteckt.

Sofern auf den Träger 16 allein äußere Kräfte ₁, einwirken, ergibt sich in gewohnter Weise eine Biegelinie 10, die einen Klothoidenverlauf zeigen kann, also im Bereich des äußeren Endes 24 des Trägers 16 einen Krümmungsradius ∞ aufweist, der stetig in einen Krümmungsradius R übergeht (Kurve c).

Wirkt auf das freie Ende 38 des Fortsatzes 34 nunmehr die Kraft ₂, , so besitzt der Fortsatz 34 einen Krümmungsverlauf, der durch die Kurve b verdeutlicht wird. Im Bereich der einwirkenden Kraft ₂, , in dem das Biegemoment 0 ist, ist der Krümmungsradius ∞, der in Richtung des festgelegten Endes (36) des Fortsatzes 34 auf den Radius R abnimmt.

Der auf das Ende 38 des Fortsatzes 34 einwirkenden Kraft ₂ wirkt eine vom Träger 16 ausgehende Kraft entgegen. Durch die Kraft ₂, wird in dem Träger 16 eine Biegelinie ausbildet, die der Kurve a entspricht, also im Bereich des Kraftangriffs einen Krümmungs radius von ∞ und im Bereich des Endes einen Krümmungsradius von R aufweist.

Eine Überlagerung sämtlicher Biegelinien a, b und c führt nun zu einer Resultierenden, die aber die gesamte Länge einen konstanten Krümmungsradius R besitzt (Biegelinie d).

Dies ergibt sich auch aus dem Momentenverlauf gemäß Fig. 10. So wird durch die Kraft ₂, im Träger ein Momentenverlauf erzeugt der der gestrichelten Kurve d entspricht, also ein Biegemoment im Angriffspunkt der Kraft ₂, mit 0 und am Ende 24 einen Wert f auf weist.

Entgegengesetzt ist der Momentenverlauf dann, wenn auf den Träger 16 allein die Kraft ₁, einwirkt. Im Bereich des Endes 24 beträgt das Biegemoment 0, welches mit zunehmenden Abstand von dem Ende 24 zunimmt. Als Resultierende ergibt sich sodann ein Gesamt biegemoment über die gesamte Länge, welches konstant ist und durch die durchgezogene Linie f repräsentiert wird.

Aufgrund des konstanten und von 0 abweichenden Biegemoments bildet sich im freien Endbereich des Trägers 16 die Biegelinie 26 aus, die einen konstanten und von unendlich abweichenden Krümmungsradius R besitzt.

Claims

1. Biegeweiche (10) mit einem elastisch biegbaren Träger (16) mit einem feststehenden und einem biegbaren Ende (24), wobei der Träger von einer ersten Endstellung, die einer Geradeausstellung (18) der Biegeweiche entspricht, in eine zweite Endstellung, die einer abzweigenden Stellung (20) der Biegeweiche entspricht, durch elastisches Biegen seines biegbaren Endes (24) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß von dem biegbaren Ende (24) des Trägers (16) ein Fortsatz (28, 32, 34) ausgeht, der entweder in einer unterhalb der Trägerebene gelegenen Ebene in Richtung des feststehenden Endes des Trägers oder in entgegengesetzter Richtung oder im Inneren des hohl ausgebildeten Trägers in Richtung des feststehenden Endes verläuft, wobei auf dem Fortsatz Kräfte (F) und Gegenkräfte (F) derart einwirken, daß der Träger im Bereich seines biegbaren Endes eine von 0 abweichende kontrolliert einstellbare Krümmung aufweist.

2. Biegeweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen freiem Ende des sich innerhalb des hohlen Trägers (16) erstreckenden Fortsatzes (34) und dem Träger (16) eine Kraftkopplung (40) besteht.

3. Biegeweiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem sich innerhalb des hohlen Trägers (16) erstreckenden Fortsatz (34) und dem Träger selbst ein den Abstand zwischen diesen veränderbarer Antrieb (40) wie Hydraulik- oder Spindelantrieb verläuft.

4. Biegeweiche nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (28, 32, 34) ein auskragender Arm ist, der von dem elastisch bieg baren Ende (24) des Trägers (16) ausgeht.