EP0295573A1 - Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges - Google Patents

Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges Download PDF

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EP0295573A1
EP0295573A1 EP88109205A EP88109205A EP0295573A1 EP 0295573 A1 EP0295573 A1 EP 0295573A1 EP 88109205 A EP88109205 A EP 88109205A EP 88109205 A EP88109205 A EP 88109205A EP 0295573 A1 EP0295573 A1 EP 0295573A1
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EP
European Patent Office
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switch
track
wheel
stock rail
stock
Prior art date
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EP88109205A
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English (en)
French (fr)
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EP0295573B1 (de
Inventor
Rüdiger Ziethen
Sebastian Benenowski
Alfred Kais
Erich Dipl.-Ing. Nuding (Fh)
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Butzbacher Weichenbau GmbH
Voestalpine Turnout Technology Germany GmbH
Original Assignee
Voestalpine BWG GmbH
Butzbacher Weichenbau GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F9/00—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the controlled guidance of a wheel axle or a bogie of a rail vehicle passing through a switch, the wheels being supported in each case at a wheel contact point on the stock rails and the stock rail of the main and branch track including an angle rigid and the switch tongues are designed pivotable.
  • the object is achieved essentially by the fact that at least the course of a stock rail in the area of the switch deviates from the basic course in such a way that the wheel contact point is effective for the targeted alignment of the wheel or bogie axis with the longitudinal axis of the track or the bisector between the main and branch track is influenced.
  • the basic course is understood to mean the course of the stock rail, which is given in the case of customary switch geometries and designs.
  • At least the stock rail deviates from the main direction of travel - be it in the main or branch track.
  • both stock rails deviate from the basic course, leading away to the outside, that is to say away from the respective track axis.
  • the wheel contact point is influenced so effectively that there are track-like conditions for the Rädar, so that the wheel contact points normally changing when passing through a switch and the resulting change in angular velocity is avoided.
  • the bulges themselves can be composed of straight sections which describe angles to one another and which merge continuously into one another.
  • the arrangement according to the invention results in the advantage that switches can be traversed at high speeds without an accelerated wear leading to destruction occurring. In particular, it is ensured that the flange will not touch the tongue as much as possible. As a result, track-like conditions develop very early in the transition area between the stock rail and the tongue rail.
  • the driving comfort is not influenced in any way by the arrangement according to the invention; rather, driving properties are opened which correspond to those in a normal track. It does not matter which direction a switch is traversed from, since there is a constant transition between the tongue and the cheek. Therefore, the arrangement according to the invention and the associated formation of the switch cannot be compared with an inserted tongue known from the prior art.
  • the proposed solution according to the invention which is characterized by the removal of the stock rail from the direction (basic course) of the rail track that is usually prescribed according to the prior art and ensures that an undesired migration of the wheel contact point, that is to say a rotation of the wheel axis toward the track axis, is also not included to compare a drag switch, which is characterized by a movable stock rail.
  • a drag switch which is characterized by a movable stock rail.
  • the teaching according to the invention accordingly provides an arrangement in which the wheel contact point is influenced in such a way that, on average, there is a right angle between the wheel axis and the desired track axis - be it the main or branch track axis - or the bisector between these, regardless of the turnout diameter.
  • This ensures, regardless of whether the rail vehicle travels on the main or branch track, ensures that the switch can be traversed at high speeds without there being any noticeable wear on the wheel flange and tongue.
  • track-like conditions are formed in the transition area from the stock rail to the tongue rail, which are sought in particular for high-speed turnouts.
  • the invention is characterized in that the course change of one of the stock rails always takes place essentially at the beginning of the curve of the switch. So with large-arch switches with a radius of curvature r1> 500,000 mm, the course change of the branch track at the beginning of the curve and that of the main track will take place in or after the start of the curve, whereas with a small-arch switch with a radius of curvature r2 ⁇ 500,000 mm, the course change of the main track in and that of the branch track before the start of the curvature.
  • the end x of the change in course in the main track after the start of curvature is made dependent on the radius of curvature R and the head width F of the stock rail.
  • the controlled and targeted influence of the wheel contact point can be achieved by changing the cross-section of at least one stock rail in the area of the switch compared to that outside the switch so that the wheel contact point for the targeted alignment of the wheel axis or bogie axis with the Longitudinal axis or bisector is effectively affected.
  • the profile of the stock rail is flattened towards the tongue in order to change the possible wheel contact point, or that the vertical axis of the stock rail is inclined for the controlled change of the wheel contact point.
  • Fig. 1 a section of a switch known from the prior art is shown, which includes stock rails (10), (12) with associated tongues (14) and (16), which optionally on one of the rigidly designed stock rails (10) and (12) are in contact, depending on whether the main track (18) or the branch track (20) is to be used.
  • stock rails (10), (12) with associated tongues (14) and (16) which optionally on one of the rigidly designed stock rails (10) and (12) are in contact, depending on whether the main track (18) or the branch track (20) is to be used.
  • the main track (18) is to be driven on by a rail vehicle.
  • a wheel axle (22) with wheels (24) and (26) is shown, which in turn each have a wheel flange (28) and (30). It can also be seen that the wheels (24) and (26) are conical, that is to say decrease in diameter towards their ends.
  • the wheel (24) touches the stock rail (10) in the wheel contact point (46), which makes an effective diameter of the wheel D1 noticeable.
  • the wheel (26) located in the transition area from the stock rail (12) to the tongue rail (16) touches the stock rail (12) at a wheel contact point (44) in order to move on the tongue rail (16 ) to be supported.
  • the wheel contact point (44) is assigned an effective diameter D2.
  • the stock rails (10) and (12) in such a way that a change in the wheel contact point is carried out in such a way that the wheel axis is largely perpendicular to the axis of the main or branch track.
  • the wheel flange does not slide along the tongue rail. This not only improves driving comfort, but at the same time enables suitably trained switches with higher speeds be driven through. Accordingly, there are track-like conditions within the transition area between the stock rail and the tongue rail.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a switch arrangement designed according to the invention.
  • the tongue rails (14) and (16) are associated with stock rails (32) and (34), which in the area of the tongue starts (38) and (36) of the tongue rails (14) and (16), i.e. in the area of the tongue starts original direction are led outwards.
  • the stock rails (32) and (34) consequently have bulges in the areas (40) and (42) in which the tongue beginnings (36) and (38) abut against and into the stock rails (32) and (34) pass over continuously.
  • the bulges (40) and (42) ensure that the wheel contact point (48) on the stock rail (32) is influenced in a controlled manner while driving through the area (40) in such a way that an effective rolling diameter D 3 results.
  • the wheel (26) on the stock rail (12) on (reference numeral 50) so that this ensures that the axis (22) is substantially perpendicular to the longitudinal axis (52). This in turn causes the wheel (26) to roll exclusively on the stock rail (34) and then on the tongue rail (16) without dragging along the side thereof.
  • the axis (22) does not continuously remain at a right angle to the longitudinal axis of the main track (52) as it passes through the areas (40) and (42). Rather, it gives a kind of sinusoidal movement, i.e. that the angle is sometimes larger and sometimes less than 90 °, but without grinding on the side of the tongue.
  • FIGS. 14 and 15 show in simplified form how the wheel (24) or (26) with the wheel flange (28) or (30) with respect to the stock rails (10) and (12) or (32) and (34) and the right tongue rail (16) to be subsequently driven runs.
  • Fig. 14 corresponds to the representation of Fig. 1. It can be seen that due to the normally running stock rail (12), the wheel contact point (46) of the wheel (26) on the stock rail (10) is changed, so that this causes a pivoting the axis (22) to the longitudinal axis (52) of the main track. The consequence of this is that the wheel flange (30) grinds along the tongue rail (16) (indicated by the broken line).
  • the stock rail (32) or (34) in the transition area to the tongue rails (14) and (16) is led away to the outside, so that by a controlled influence of the wheel contact point (48) or (50) Axis (22) remains on average perpendicular to the longitudinal axis (52) of the main track (18), so that there is an almost linear movement of the flange (28) or (30) to the normal direction of the stock rail (32) and thus also to the Tongue rail (16) results.
  • the wheel flange (30) does not rub or only to a negligible extent on the side flank of the tongue rail (16), so that there are no signs of wear and almost exclusively track-like conditions appear in the transition area.
  • the driving surface is limited in that a stock rail (58) is arranged inclined. This can be achieved either by special training of the rail foot or the base. In this case too, it is achieved that the wheel contact point remains largely unchanged on the stock rail (58), so that the wheel axle does not pivot due to the rolling wheel diameter which does not change.
  • a stock rail (60) is led outwards in the region of the beginning of the tongue.
  • FIG. 8 show further embodiments of switch regions designed according to the invention, whereby track-like conditions are formed in the transition region from the stock rail to the tongue rail, which ensure that the wheels (24) and (26) essentially perform a pure rolling movement and not with them grind their flanges (28) or (30) on the flanks of the associated tongue rails (14) or (16).
  • stock rails (62) and (64) are led outward from the normal direction indicated by the dash-dotted lines (66) and (68) in the region of tongue starts (70) and (72), i.e. in front of and behind the tongue beginnings (70) and (72), the stock rail (62) and (64) has the usual direction indicated by the lines (66) and (68).
  • the bulges (74) and (76) are symmetrical with respect to the center line running between the stock rails (62) and (64).
  • the bulge (74) of the stock rail (62) corresponds to that of FIG. 8, whereas the stock rail (64) has a bulge (78), the length of which is greater than the bulge (74).
  • the associated tongue rail (80) is also adapted accordingly.
  • bulges (102) and (104) or (106) and (108) arranged asymmetrically with respect to the center line arranged between stock rails (98) and (100) are designed asymmetrically in order to e.g. with regard to the turnout radius, the route or the speed at which the turnout is to be traversed.
  • FIGS. 17 and 19 show stock rails (150) and (152) designed according to the invention, on which tongue tips (154) and (156) rest.
  • the branch track is to be driven in the upper part of the illustration and the main track in the lower part.
  • the front end (158) or (160) of the switch tongue (154) to (156) lies in a bulge (162) or (164) of the stock rail (150) or (152).
  • the bulge that is, the deviation from the basic course of the stock rail (150) or (162) indicated by the straight line (166) or (168) ensures that the wheels in the switch area essentially perform a pure rolling and not a grinding movement , which would result in an undesirable and costly wear on the track material and the wheels.
  • FIG. 17 shows a section of a large-arch switch (R preferably larger than 500,000 mm) according to the prior art.
  • the main track which is predetermined by the stock rail (170) and the switch tongues (174) resting on the opposite stock rail (172), is to be traveled on.
  • the opposite switch tongue (176) is thus spaced apart from the stock rail (170).
  • the wheel axis (182) endeavors to deviate from the position describing a right angle in front of the switch to the main axis (184) of the main track, ie an angle To take ⁇ with ⁇ ⁇ 90 °.
  • the wheel rim (182) of the wheel (180) grinds along the switch tongue (174).
  • This grinding is initially reinforced because the wheel contact points of the wheels (178), (180) on the running surfaces of the stock rail (170) or the stock rail (172) and the tip of the tongue (174) are changed in such a way that the effective rolling diameter of the wheel ( 178) increases compared to that of the wheel (180) and thus travels a larger distance.
  • the stock rail (170) is preferably guided outward from the basic course in or after the start of the turnout of the turnout in order to form a bulge (188) which ensures that the axis (182) is strived for in front of and in the area of the turnout, to describe a right angle to the longitudinal axis (184).
  • the wheel contact point is influenced in such a way that the wheel rim (186) does not perform any grinding movement along the switch tongue (174). Rather, there is essentially a pure rolling movement in the area of the switch designed according to the invention.
  • the stock rail (172) of the branch track also has a corresponding bulge (190) to ensure that when the branch track is driven on there is also an essentially pure rolling movement and no grinding movement of the wheel rim (192) along the switch tongue (176).
  • the course change of the stock rail (170) of the main track preferably begins in or after the start of the curve, whereas the course change of the stock rail (172) of the branch track should take place at the start of the curve.
  • FIG. 19 and 20 a section of a small-arc switch with a radius of curvature R2 of preferably R2 ⁇ 500,000 mm is shown.
  • the branch track is to be driven on.
  • FIG. 19 a recognizable grinding movement of the wheel rim (192) takes place at the moment when the branch track is traveled on, since the wheel axis (182) continues to strive, essentially a right angle to the longitudinal axis (184) of the main track.
  • the invention there is now a change in the course from the basic course shown by the course of the stock rails (170) and (172) according to FIG. 19 in such a way that the stock rails (170) and (172) are led away to the outside in some areas.
  • the deviations from the basic course of the stock rails can also be chosen so that the wheel axis (182) adjusts itself essentially to the bisector between the axes (184) and (198), depending on whether priority should be given to one of the tracks or to both.

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Abstract

Es wird eine Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse (22) bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges vorgeschlagen, bei der der Radaufstandspunkt (48, 50) derart kontrolliert beeinflußt wird, daß die Radachse (22) im wesentlichen senkrecht zur Schienenlängsachse verläuft. Die kontrollierte Beeinflussung des Radaufstandspunktes (48, 50) kann dadurch erfolgen, daß z. B. die Backenschiene (32) im Bereich des Zungenanfangs nach außen weggeführt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges, wobei die Räder sich jeweils in einem Radaufstandspunkt auf den Backenschienen abstützen und wobei die Backenschiene des einen Winkel einschließenden Stamm- und Zweiggleises starr und die Weichenzungen ver­schwenkbar ausgebildet sind.
  • Im Bereich von Weichen erfolgt eine unerwünschte Abnutzung der Spurkränze und damit verbunden ein Abrieb der Flanken an den Fahrkantenseiten der Zungenanfänge. Dies wiederum führt zwangsweise zu einer intensiven Wartung und zu häufigen Erneuerungen der entsprechenden Teile, deren Kosten auf dem Oberbausektor erheblich sind.
  • Wünschenswert wäre es daher, im Bereich einer Weiche soweit wie möglich gleisähnliche Bedingungen zu schaffen, wodurch der Verschleiß verringert und gleichzeitig der Fahrkomfort erhöht werden würde.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß im Übergangsbereich zwischen Backenschiene und Zunge eine im wesentlichen reine Roll- und keine Schleifbewegung zwischen Rad und Schiene erfolgt, wobei gleichzeitig ein optimaler Fahrkomfort gegeben sein soll. Dies soll unabhängig von dem Radius der Weiche erfüllt sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß zumindest der Verlauf einer Backenschiene im Bereich der Weiche derart von dem Grundverlauf abweicht, daß der Radaufstandspunkt zur gezielten Ausrichtung der Rad- bzw. Drehgestellachse auf die Gleislängsachse oder die zwischen Stamm- und Zweiggleis verlaufende Winkelhalbierende wirksam beeinflußt ist. Unter Grundverlauf wird dabei der Verlauf der Backenschiene verstanden, der bei üblichen Weichengeometrien und -auslegungen gegeben ist. Hiervon weicht zumindest die Backenschiene der Hauptfahrrichtung -sei es im Stamm- oder im Zweiggleis- ab. Vorzugsweise weichen jedoch beide Backen­schienen von dem Grundverlauf ab, wobei ein Wegführen nach außen, also von der jeweiligen Gleisachse weg, erfolgt.
  • Das Ausrichten der Radachse auf die Gleislängsachse oder die zwischen dem Stamm- und Zweiggleis verlaufende Winkel­halbierende hängt nun davon ab, welcher Fahrtrichtung Priorität gegeben wird. Soll sowohl das Stamm- als auch das Zweiggleis gleichermaßen befahren werden, so wird die Verlaufsänderung so ausgerichtet, daß die Radachse sich im wesentlichen so auf die Winkelhalbierende einstellt, also in etwa senkrecht zu dieser ausgerichtet werden soll, um die aufgabengemäß zu verhindern­den Schleifbewegungen zu vermeiden. Durch die Veränderung des Backenschienenverlaufs vom üblichen Grundverlauf einer nach dem Stand der Technik ausgebildeten Weiche ergibt sich der Vorteil, daß der Radaufstandspunkt so wirksam beeinflußt wird, daß für die Rädar gleisähnliche Verhältnisse vorliegen, so daß die beim Durchfahren einer Weiche normalerweise sich ändernden Radaufstandspunkte und die sich daraus ergebende Änderung der Winkelgeschwindigkeit vermieden wird.
  • Die Ausbuchtungen selbst können sich durch Winkel zueinander beschreibende geradlinige Abschnitte zusammensetzen, die stetig ineinander übergehen.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß Weichen mit hohen Geschwindigkeiten durchfahren werden können, ohne daß ein beschleunigt zu Zerstörungen führender Verschleiß auftritt. Insbesondere ist sichergestellt, daß der Spurkranz die Zunge so wenig wie möglich anläuft. Demzufolge bilden sich sehr frühzeitig gleisähnliche Bedingungen im Übergangsbereich zwischen Backenschiene und Zungenschiene aus. Der Fahrkomfort wird durch die erfindungegemäße Anordnung in keiner Weise beeinflußt, vielmehr eröffnen sich Fahreigen­schaften, die denen in einem normalen Gleis entsprechen. Dabei spielt es auch keine Rolle, von welcher Richtung her eine Weiche durchfahren wird, da ein stetiger Übergang zwischen Zunge und Backe gegeben ist. Daher ist die erfindungsgemäße Anordnung und die damit verbundene Ausbilding der Weiche nicht mit einer aus dem Stand der Technik bekannten eingesetzten Zunge zu vergleichen. Bei einer entsprechenden Konstruktion ist bekanntlich ein Absatz zwischen Backen- und Zungenschiene ausgebildet, so daß nicht nur in diesem Bereich ein erheblicher Verschleiß auftritt, sondern auch nur ein problemloses Befahren von einer Richtung her möglich ist. Zudem erfolgt hierdurch keine kontrollierte Beeinflussung des Radaufstandspunkts, so daß weiterhin der Spurkranz die Zunge unerwünscht lang anläuft.
  • Der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag, der sich durch das Wegführen der Backenschiene aus der üblicherweise nach dem Stand der Technik vorgeschriebenen Richtung (Grundverlauf) des Schienenstrangs auszeichnet und sicherstellt, daß eine unerwünschte Wanderung des Radaufstandspunktes, also ein Drehen der Radachse zue Gleisachse unterbleibt, ist ebenfalls nicht mit einer Schleppweiche zu vergleichen, die sich durch eine bewegliche Backenschiene auszeichnet. Abgesehen davon, daß eine entsprechende Konstruktion aufwendig und teuer ist, ist eine gute Abstützung der Zunge an der beweglichen Backen­schiene nicht möglich, so daß ein Einsatz entsprechender Schleppweichen insbesondere für Hochgeschwindigkeitstrassen ungeeignet ist. Zudem ist ein Stumpfstoß ausgebildet, der zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Fahrkomforts führt.
  • Auch ist die Verlaufsänderung der Backenschiene nicht mit der Spurerweiterung in Weichen kleiner Radien zu vergleichen. Um dort die Drehgestellbeweglichkeit zu gewährleisten, muß hinreichend Platz zur Verfügung stehen. Daher muß bei Weichen kleiner Radien eine Erweiterung der Gleise erfolgen, die sich auch in der Weiche fortsetzt, ohne daß hierdurch eine kontrollierte Beeinflussung des Radaufstandspunktes erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt keine kontrollierte Führung der Achse, so daß weiterhin eine Schleifbewegung zwischen Spurkranz und Zunge auftritt. Die Erweiterung bewirkt dabei auch keine gezielte Einwirkung auf den Radaufstandspunkt.
  • Durch die erfindungsgemäße Lehre wird demzufolge eine Anordnung zur Verfügung gestellt, bei der der Radaufstands­punkt derart beeinflußt wird, daß sich im Mittel ein rechter Winkel zwischen der Radachse und der gewünschten Gleisachse -sei es Stamm- oder Zweiggleisachse- oder der zwischen diesen verlaufenden Winkelhalbierenden unabhängig von dem Weichen­durchmesser ergibt. Hierdurch ist unabhängig davon, ob das Schienenfahrzeug das Stamm- oder Zweiggleis befährt, gewähr­leistet, daß die Weiche mit hohen Geschwindigkeiten durchfahren werden kann, ohne daß sich ein merklicher Verschleiß von Spurkranz und Zunge ergibt. Demzufolge sind im Übergangsbe­reich von Backen- zur Zungenschiene gleisähnliche Bedingungen ausgebildet, die insbesondere für Hochgeschwindigkeitsweichen angestrebt werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Verlaufsänderung einer der Backenschienen stets im wesentlichen im Krümmungsbeginn der Weiche erfolgt. So wird bei großbogigen Weichen mit einem Krümmungsradius r₁ > 500.000 mm die Verlaufsänderung des Zweiggleises im Krümmungsbeginn und die des Stammgleises in oder nach dem Krümmungsbeginn erfolgen, wohingegen bei einer kleinbogigen Weiche mit einem Krümmungs­radius r₂ < 500.000 mm die Verlaufsänderung des Stammgleises im und die des Zweiggleises vor dem Krümmungsbeginn vorgenommen wird.
  • Ferner ergeben sich dann optimale Fahreigenschaften in der Weiche, wenn das Ende x der Verlaufsänderung in dem Stammgleis nach Krümmungsbeginn in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius R und der Kopfbreite F der Backenschiene abhängig gemacht wird. So berechnet sich das Ende x der Verlaufsänderung bei einer im wesentlichen einem Kreisbogen folgenden Weiche nach der Beziehung x =
    Figure imgb0001
     mit y = c . F, wobei 0,5 ≦ c ≦ 1 sein sollte. Aus diesen Be­ziehungen ergibt sich z.B. für eine Weiche mit einem Krümmungs­radius R = 7.000.000 mm und einer Kopfbreite F von 72 mm mit c = 1 der Endpunkt x vom Krümmungsbeginn von x = 31.749 mm.
  • Alternativ zu der Verlaufveränderung der Backenschiene kann die kontrollierte und gezielte Radaufstandspunktsbeeinflussung dadurch erfolgen, daß zumindest eine Backenschiene im Bereich der Weiche hinsichtlich seines Querschnitts im Vergleich zu dem außerhalb der Weiche so verändert ist, daß der Radaufstands­punkt zur gezielten Ausrichtung der Radachse bzw. Drehgestell­achse auf die Gleislängsachse oder Winkelhalbierende wirksam beeinflußt ist. Insbesondere besteht die Möglichkeit, daß kontrolliert zur Veränderung des möglichen Radaufstandpunktes das Profil der Backenschiene zur Zunge hin abgeflacht ist bzw. daß zur kontrollierten Veränderung des Radaufstandspunktes die Hochachse der Backenschiene geneigt ist.
  • Weiter Einzelheiten und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-.
  • An Hand der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispielen ergeben sich weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Draufsicht eines Ausschnitts einer Weiche nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
    • Fig. 3 einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Weiche,
    • Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,
    • Fig. 5 bis 7 verschiedene Ausbildungen bzw. Anordnungen einer Backenschiene,
    • Fig. 8 bis 13 Draufsichten von Ausschnitten weiterer Aus­führungsformen von erfindungsgemäß ausgebildeten Weichen,
    • Fig. 14 eine Prinzipdarstellung eines Radachsenverlaufs im Übergangsbereich von Backen- zur Zungenschiene nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 15 eine entsprechende Prinzipdarstellung nach der erfindungsgemäßen Lehre,
    • Fig. 16 erfindungsgemäß ausgestaltete Backenschienen mit anliegenden Weichenzungen,
    • Fig. 17 eine großbogige Weiche, ausgebildet nach dem Stand der Technik,
    • Fig. 18 eine erfindungsgemäß ausgebildete großbogige Weiche,
    • Fig. 19 eine kleinbogige Weiche nach dem Stand der Technik und
    • Fig. 20 eine entsprechende erfindungsgemäß ausgebildete Weiche.
  • In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Weiche dargestellt, die Backenschienen (10), (12) mit zugeordneten Zungen (14) und (16) umfaßt, die wahlweise an einer der starr ausgebildeten Backenschienen (10) und (12) anliegen, je nachdem ob das Stammgleis (18) oder das Zweiggleis (20) befahren werden soll. Auf weitere Einzelheiten der Weiche ist im vorliegenden Fall nicht einzugehen, da hinlänglich bekannte konstruktive Merkmale hinsichtlich z.B. des Gleitstuhls oder der Herzstückspitze Verwendung finden können.
  • Im Ausführungsbeispiel soll das Stammgleis (18) von einem Schienenfahrzeug befahren werden. Dargestellt ist eine Radachse (22) mit Rädern (24) und (26), die ihrerseits jeweils einen Spurkranz (28) und (30) aufweisen. Man erkennt ferner, daß die Räder (24) und (26) konisch ausgebildet sind, also zu ihren Enden hin im Durchmesser abnehmen. Das Rad (24) berührt die Backenschiene (10) im Radaufstandpunkt (46), wodurch sich ein wirksamer Durchmesser des Rades D₁ bemerkbar macht. Das sich im Übergangsbereich von der Backenschiene (12) zu der Zungenschiene (16) befindliche Rad (26) berührt in einem Radaufstandspunkt (44) die Backenschiene (12), um bei weiterer Bewegung in Richtung des Stammgleises (18) auf der Zungen­schiene (16) abgestützt zu sein. Dem Radaufstandspunkt (44) ist ein wirksamer Durchmesser D₂ zugeordnet. Da D₁ und D₂ voneinander abweichen, ergibt sich eine Schwenkbewegung der Achse (22), die unweigerlich dazu führt, daß der Spurkranz (30) schleifend an der Innenflanke der Zungenschiene (16) zu liegen kommt, wodurch ein erheblicher Verschleiß auftritt. Hierdurch bedingt ergeben sich Fahrbedingungen, die dem normalen Gleis nicht entsprechen. Dabei hängen die Fahrbedingungen zusätzlich davon ab, ob die Weiche im Stamm- bzw. Zweiggleis (18) bzw. (20) befahren werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Backenschienen (10) und (12) so auszubilden, daß eine Änderung des Radauf­standspunktes derart kontrolliert erfolgt, daß sich die Radachse weitgehend senkrecht zur Achse des Stammgleises bzw. Zweiggleises einstellt. Infolgedessen unterbleibt ein schleifendes Entlanggleiten von Spurkranz an der Zungenschiene. Hierdurch wird nicht nur der Fahrkomfort verbessert, sondern gleichzeitig können entsprechend ausgebildete Weichen mit höheren Geschwin­ digkeiten durchfahren werden. Es finden sich demzufolge innerhalb des Übergangsbereichs von Backenschiene und Zungenschiene gleisähnliche Verhältnisse vor.
  • In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­mäß ausgebildeten Weichenanordnung dargestellt. Dabei werden Elemente -wie auch in der nachfolgenden Beschreibung-, die mit denen der Figuren 1 und 2 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Den Zungenschienen (14) und (16) sind Backenschienen (32) und (34) zugeordnet, die im Bereich der Zungenanfänge (38) und (36) der Zungenschienen (14) und (16), also im Bereich der Zungenanfänge, von der ursprünglichen Richtung nach außen weggeführt sind. Die Backenschienen (32) und (34) weisen folglich in den Bereichen (40) und (42) Ausbuchtungen auf, in denen die Zungenanfänge (36) bzw. (38) an den Backenschienen (32) und (34) anliegen und in diese stetig übergehen. Durch die Ausbuchtungen (40) und (42) wird erreicht, daß der Radaufstandspunkt (48) auf der Backenschiene (32) während des Durchfahrens des Bereichs (40) derart kontrolliert beeinflußt wird, daß sich ein wirksamer Abroll­durchmesser D₃ ergibt. Bei einem gleichen Durchmesser D₃ liegt das Rad (26) auf der Backenschiene (12) auf (Bezugszeichen 50), so daß hierdurch sichergestellt ist, daß die Achse (22) im wesentlichen senkrecht zur Gleislängsachse (52) verläuft. Dies wiederum bewirkt, daß das Rad (26) ausschießlich auf der Backenschiene (34) und anschließend auf der Zungenschiene (16) abrollt, ohne seitlich an dieser entlang zu schleifen.
  • Genau genommen verbleibt die Achse (22) während ihres Durchfahrens durch die Bereich (40) und (42) nicht fortwährend unter einem rechten Winkel zu der Stammgleislängsachse (52). Vielmehr gibt sie eine Art Sinusbewegung, d.h., daß der Winkel zeitweise größer und zeitweise kleiner als 90° ist, ohne daß jedoch ein Schleifen an der Seitenflanke der Zunge erfolgt.
  • Zur Verdeutlichung der mit den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 beschriebenen Sachverhalte wird in den Fig. 14 und 15 vereinfacht dargestellt, wie das Rad (24) bzw. (26) mit dem Spurkranz (28) bzw. (30) in bezug auf die Backenschienen (10) und (12) bzw. (32) und (34) und die anschließend zu befahrende rechte Zungenschiene (16) läuft. Fig. 14 entspricht dabei der Darstellung nach Fig. 1. Man erkennt, daß bedingt durch die normal verlaufende Backenschiene (12) der Radaufstandspunkt (46) des Rades (26) auf der Backenschiene (10) verändert wird, so daß hierdurch bedingt ein Verschwenken der Achse (22) zu der Längsachse (52) des Stammgleises erfolgt. Dies hat zur Folge, daß der Spurkranz (30) entlang der Zungenschiene (16) schleift (angedeutet durch gestrichelte Darstellung).
  • Im Gegensatz dazu ist nach Fig. 15 die Backenschiene (32) bzw. (34) im Übergangsbereich zu den Zungenschienen (14) und (16) nach außen weggeführt, wodurch durch eine kontrollierte Beeinflussung des Radaufstandspunkts (48) bzw. (50) die Achse (22) im Mittel senkrecht zur Längsachse (52) des Stammgleises (18) verharrt, so daß sich eine nahezu geradlinige Bewegung des Spurkranzes (28) bzw. (30) zu der normalen Richtung der Backenschiene (32) und damit auch zu der Zungenschiene (16) ergibt. Infolgedessen schleift der Spurkranz (30) nicht oder nur im vernachlässigenden Umfang an der Seitenflanke der Zungenschiene (16), so daß Verschleißerscheinungen unterbleiben und sich im Übergangsbereich nahezu ausschließlich gleisähn­liche Bedingungen zeigen.
  • Ist in den Fig. 3 bzw. 15 die gezielte Beeinflussung des Radaufstandspunktes (48) bzw. (50) durch ein bereichsweises Wegführen aus der normalen vor und hinter dem Zungenende (36), (38) vorgegebenen Richtung, so sind auch andere konstruktive Möglichkeiten gegeben, um die gleiche Wirkung zu erzielen. So besteht nach Fig. 5 die Möglichkeit, daß der Schienenkopf (54) einer Backenschiene (56) derart bearbeitet ist, daß die Fahrfläche verkleinert und damit der Bereich für den Radaufstandspunkt eingeengt wird. Hierdurch wird ebenfalls sichergestellt, daß die Radachse im wesentlichen senkrecht zu der zu befahrenden Trassenachse, also zur Längsachse des Stamm- oder Zweiggleises verläuft.
  • Nach Fig. 6 erfolgt die Begrenzung der Fahrfläche dadurch, daß eine Backenschiene (58) geneigt angeordnet wird. Dies kann wahlweise durch spezielle Ausbildung des Schienenfusses oder der Unterlage erzielt werden. Auch in diesem Fall wird erreicht, daß der Radaufstandspunkt weitgehend unverändert auf der Backenschiene (58) bleibt, so daß aufgrund des sich nicht ändernden abrollenden Raddurchmessers ein Verschwenken der Radachse unterbleibt.
  • In Fig. 7 is angedeutet, daß entsprechend der Fig. 3 bzw. 15 eine Backenschiene (60) im Bereich des Zungenanfangs nach außen weggeführt ist.
  • In den Fig. 8 bis 13 sind weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäß ausgebildeten Weichenbereichen dargestellt, wodurch gleisähnliche Bedingungen im Übergangsbereich von Backenschiene zu Zungenschiene gebildet werden, die sicher­stellen, daß die Räder (24) und (26) im wesentlichen eine reine Rollbewegung ausführen und nicht mit ihren Spurkränzen (28) bzw. (30) an den Flanken der zugeordneten Zungenschienen (14) bzw. (16) schleifen. So sind in der Fig. 8 Backenschienen (62) und (64) von der durch die strichpunktierten Linien (66) und (68) angedeuteten Normalrichtung im Bereich von Zungenanfängen (70) und (72) nach außen weggeführt, d.h. vor und hinter den Zungenanfängen (70) und (72) weist die Backenschiene (62) bzw. (64) die übliche erwähntermaßen durch die Linien (66) und (68) eingezeichnete Richtung auf. Dabei sind die Ausbuchtungen (74) und (76) in bezug auf die zwischen den Backenschienen (62) und (64) verlaufende Mittellinie symmetrisch ausgebildet.
  • In Fig. 9 ist die Ausbuchtung (74) der Backenschiene (62) entsprechend der der Fig. 8, wohingegen die Backenschiene (64) eine Ausbuchtung (78) aufweist, deren Längenerstreckung größer als die Ausbuchtung (74) ist. Entsprechend angepaßt ist auch die zugeordnete Zungenschiene (80).
  • In Fig. 10 ist wiederum eine symmetrische Ausbildung von Ausbuchtungen (82) und (84) von Backenschienen (86) und (88) dargestellt. Gleiches gilt für das Ausführungsbeispiel der Fig. 13, wobei die Ausbuchtungen (90) und (92) bis zum Weichenbe­ginn vorgezogen sind und die zugeordneten Zungenanfänge (94) und (96) kurz nach dem Weichenanfang beginnen, damit die gezielte Beeinflussung des Radaufstandspunktes möglichst frühzeitig erfolgen kann.
  • In den Fig. 11 und 12 sind in bezug auf die zwischen Backenschienen (98) und (100) verlaufende Mittellinie ange­ordnete Ausbuchtungen (102) und (104) bzw. (106) und (108) unsymmetrisch ausgebildet, um gewünschten Gegebenheiten z.B. hinsichtlich des Weichenradius, der Trassenführung oder der Geschwindigkeit, mit der die Weiche durchfahren werden soll, Rechnung zu tragen.
  • Schließlich sei noch erwähnt, daß die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale entsprechend beim Durchfahren des Zweiggleises ebenfalls realisiert sein können bzw. sind.
  • An Hand der Fig. 16 bis 20 sollen noch einmal die wesentlichen, die Erfindung kennzeichnenden Merkmale beschrieben werden, wobei teilweise ein Vergleich mit den bekannten, dem Stand der Technik zu entnehmenden Konstruktionen erfolgt.
  • In Fig. 16 sind erfindungsgemäß ausgebildete Backenschienen (150) und (152) dargestellt, an denen jeweils Zungenspitzen (154) und (156) anliegen. Dabei soll im oberen Teil der Darstellung das Zweiggleis und im unteren Teil das Hauptgleis befahren werden. Man erkennt, daß das vordere Ende (158) bzw. (160) der Weichenzunge (154) bis (156) jeweils in einer Ausbuchtung (162) bzw. (164) der Backenschiene (150) bzw. (152) anliegt. Die Ausbuchtung, d.h., die Abweichung von dem durch die Gerade (166) bzw. (168) angedeuteten Grundverlauf der Backenschiene (150) bzw. (162) stellt sicher, daß die Räder im Weichenbereich im wesentliche eine reine Roll- und keine Schleifbewegung vollziehen, wodurch ein unerwünschter und zu hohen Kosten führender Verschleiß an dem Gleismaterial und den Rädern erfolgen würde. Diese Unterschiede werden durch Figuren 17 und 19 (Stand der Technik) im Vergleich zu den Darstellungen der Figuren 18 und 20 klar ersichtlich. Dabei ist zu bemerken, daß die Darstellungen rein prinzipiell sind, ohne daß auch nur annähernd den tatsächlichen Ausführungsformen entsprechende Verhältnisse angegeben sind.
  • In Fig. 17 ist ein Ausschnitt einer großbogigen Weiche (R vorzugsweise größer als 500.000 mm ausgebildet) nach dem Stand der Technik dargestellt. Dabei soll das Hauptgleis befahren werden, das durch die Backenschiene (170) und die an der gegenüberliegenden Backenschiene (172) anliegende Weichenzungen (174) vorgegeben ist. Die gegenüberliegende Weichenzunge (176) ist somit zu der Backenschiene (170) beabstandet. Soll nun ein Schienenfahrzeug mit Rädern (178) und (180) das Hauptgleis befahren, so ist die Radachse (182) bestrebt, von der vor der Weiche einen rechten Winkel zu der Hauptachse (184) des Hauptgleises beschreibenden Stellung abzuweichen, d.h., einen Winkel α mit α < 90° einzunehmen. Hierdurch bedingt schleift der Radkranz (182) des Rades (180) an der Weichenzunge (174) entlang. Dieses Schleifen wird zunächst verstärkt, da die Radaufstandspunkte der Räder (178), (180) auf den Fahrflächen der Backenschiene (170) bzw. der Backenschiene (172) und der Zungenspitze (174) derart verändert wird, daß der wirksame Abrolldurchmesser des Rades (178) gegenüber dem des Rades (180) zunimmt und damit einen größeren Weg zurückliegt.
  • Erfindungsgemäß wird nun die Backenschiene (170) vorzugsweise in oder nach dem Krümmungsbeginn der Weiche von dem Grundverlauf nach außen weggeführt, um eine Ausbuchtung (188) zu bilden, die sicherstellt, daß die Achse (182) vor und im Bereich der Weiche bestrebt ist, zu der Längsachse (184) jeweils einen rechten Winkel zu beschreiben. Hierdurch erfolgt eine Beeinflussung des Radaufstandspunktes derart, daß der Radkranz (186) keine Schleifbewegung entlang der Weichenzunge (174) ausübt. Vielmehr erfolgt im wesentlichen eine reine Rollbewegung im Bereich der erfindungsgemäß ausgebildeten Weiche.
  • Auch die Backenschiene (172) des Zweiggleises weist eine entsprechende Ausbuchtung (190) auf, um sicherzustellen, daß beim Befahren des Zweiggleises ebenfalls eine im wesentlichen reine Rollbewegung und keine Schleifbewegung des Radkranzes (192) entlang der Weichenzunge (176) erfolgt.
  • Bei der dargestellten großbogigen Weiche beginnt die Verlaufs­änderung der Backenschiene (170) des Stammgleises vorzugsweise in oder nach dem Krümmungsbeginn, wohingegen die Verlaufs­änderung der Backenschiene (172) des Zweiggleises im Krümmungsbeginn erfolgen soll.
  • In den Fig. 19 und 20 ist ein Ausschnitt einer kleinbogigen Weiche mit einem Krümmungsradius R₂ von vorzugsweise R₂ < 500.000 mm dargestellt. Dabei soll ein Befahren des Zweiggleises erfolgen. Nach dem Stand der Technik (Fig. 19) erfolgt erkennbar eine Schleifbewegung des Radkranzes (192) in dem Moment, wo das Zweiggleis befahren wird, da die Radachse (182) weiterhin bestrebt ist, im wesentlichen einen rechten Winkel zu der Längsachse (184) des Hauptgleises einzunehmen. Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Verlaufsveränderung von dem durch den Verlauf der Backenschienen (170) und (172) nach Fig. 19 dargestellten Grundverlauf dahingehend, daß die Backen­schienen (170) und (172) bereichsweise nach außen weggeführt werden. Dabei erfolgt die Verlaufsänderung der Backenschiene (170) des Stammgleises im und die der Backenschiene (162) des Zweiggleises vor Krümmungsbeginn, der durch den mit dem Buchstaben R₂ gekennzeichneten Pfeil angedeutet ist. Durch entsprechende Verlaufsveränderungen wird sichergestellt, daß der Radkranz (192) in bezug auf die Weichenzunge (176) keine Schleifbewegung, sondern eine im wesentlichen reine Rollbe­wegung ausführt. Dies erfolgt durch die Verlaufsveränderungen (Ausbuchtungen (194) und (196)) der Backenschienen (170) und (172), wodurch wiederum eine kontrollierte Beeinflussung der Radaufstandspunkte der Räder (178) und (180) derart erfolgt, daß die Radachse (182) bestrebt ist, zu der Längsachse (198) des Zweiggleises einen Winkel β mit β ≈ 90° zu beschreiben. Selbstverständlich können die Abweichungen vom Grundverlauf der Backenschienen auch so gewählt werden, daß die Radachse (182) sich im wesentlichen auf die Winkelhalbierende zwischen den Achsen (184) und (198) einstellt, je nachdem ob einem der Gleise oder beiden gleichermaßen Priorität zugesprochen werden soll.

Claims (13)

1. Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges, wobei die Räder sich jeweils in einem Radaufstandspunkt auf dem Backenschienen abstützen und wobei die Backenschiene des einen Winkel einschließenden Stamm- und Zweiggleises starr und die Weichenzungen verschwenkbar ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest der Verlauf einer Backenschiene im Bereich der Weiche derart von dem Grundverlauf abweicht, daß der Radaufstandspunkt zur gezielten Ausrichtung der Rad- bzw. Drehgestellachse auf die Gleislängsachse oder Winkel­halbierende zwischen Stamm- und Zweiggleis wirksam beeinflußt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verlaufsänderung der Backenschiene durch ein Wegführen von der Gleisachse erfolgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verlaufsänderung (190, 194) einer Backenschiene (172, 170) im Krümmungsbeginn (R) der Weiche erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer großbogigen Weiche (Fig. 18) mit einem Krümmungsradius r₁ mit r₁ > 500.000 mm die Verlaufs­änderung (190) der Backenschiene (172) des Zweiggleises im Krümmungsbeginn und die (188) der Backenschiene (170) des Stammgleises in oder nach dem Krümmungsbeginn erfolgt.
5. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer kleinbogigen Weiche (Fig. 20) mit einem Krümmungsradius r₂ mit r₂ < 500.000 mm die Verlaufs­änderung (194) der Backenschiene (170) des Stammgleises im und die (196) der Backenschiene (172) des Zweiggleises vor Krümmungsbeginn erfolgt.
6. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende x der Verlaufsänderung der Backenschiene im Stammgleis nach Krümmungsbeginn von dem Krümmungsradius R und der Kopfbreite F der Backenschiene des Stammgleises anhängt.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende x der Verlaufsänderung sich berechnet nach x =
Figure imgb0002
 mit y = c . F mit 0,5 ≦ c ≧ 1.
8. Anordnung zum kontrollierten Führen einer Radachse bzw. eines Drehgestells eines eine Weiche durchfahrenden Schienenfahrzeuges, wobei die Räder sich jeweils in einem Radaufstandspunkt auf den Backenschienen abstützen und wobei die Backenschienen des einen Winkel einschließenden Stamm- und Zweiggleises starr und die Weichenzungen verschwenkbar ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Backenschiene im Bereich der Weiche hinsichtlich seines Querschnitts im Vergleich zu dem außerhalb der Weiche so verändert ist, daß der Radauf­ standspunkt zur gezielten Ausrichtung der Radachse bzw. Drehgestellachse auf die Gleislängsachse oder die zwischen Stamm- und Zweiggleis verlaufende Winkelhalbierende wirksam beeinflußt ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß kontrolliert zur Veränderung des Radaufstandspunktes das Profil der Backenschiene (56) zur Zunge hin abgeflacht ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur kontrollierten Veränderung des Radaufstandspunktes die Hochachse der Backenschiene (58) geneigt ist.
11. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zungenanfänge (70, 80) in zueinander beabstandeten Querschnittsflächen der Weiche mit den Backenschienen (62, 64) wechselwirken.
12. Anordnung nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausbuchtungen durch Winkel zueinander beschrei­bende geradlinige Gleisabschnitte gebildet sind.
13. Anordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Tiefe der Ausbuchtung zwischen 5 und 30 mm bewegt.
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