EP4486628A1 - Weiche mit auffahrmechanismus - Google Patents

Weiche mit auffahrmechanismus

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Publication number
EP4486628A1
EP4486628A1 EP23716419.9A EP23716419A EP4486628A1 EP 4486628 A1 EP4486628 A1 EP 4486628A1 EP 23716419 A EP23716419 A EP 23716419A EP 4486628 A1 EP4486628 A1 EP 4486628A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
switch
spiral spring
adjusting slide
torsion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP23716419.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4486628C0 (de
EP4486628B1 (de
Inventor
Chen-Xiang Chao
Guido Fritzsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4486628A1 publication Critical patent/EP4486628A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4486628C0 publication Critical patent/EP4486628C0/de
Publication of EP4486628B1 publication Critical patent/EP4486628B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/02—Mechanical devices for operating points or scotch-blocks, e.g. local manual control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/10—Locking mechanisms for points; Means for indicating the setting of points

Definitions

  • the invention relates to a switch with an adjusting device, which is set up to set the switch with a drive via an adjusting slide, the switch having a drive mechanism with a mechanical clutch and a spring element, the clutch being set up to provide the drive to decouple from the adjusting slide when the adjusting slide leaves a target position when moving up, and the spring element is set up to couple the drive with the adjusting slide when the adjusting slide is in the target position.
  • the invention also relates to an adjusting device for a switch, comprising a spring element, the adjusting device being designed to be installed in a fallback switch according to one of the preceding claims.
  • a mobile switch drive should allow the movement of the switch tongues forced by the moving wheel to move non-destructively from a specified opening force.
  • This opening mechanism in the drive must also be reversible so that the point drive is then ready for use again and can return or be returned to the original end position.
  • a mobile switch is described, for example, in WO 9629227 Al.
  • the switch which is normally controlled by the switch drive (only possible when controlling switch blades, not possible when controlling a frog)
  • considerable forces are introduced into the switch drive from the switch side via the adjusting slide.
  • the adjusting slide starts moving in one direction or the other under the influence of the force acting on it from outside (depending on which end position the switch is opened from).
  • the locking slide is moved out of the recess against the force of a pressure spring acting on it via bevels on the locking slide and corresponding bevels on a recess in the adjusting slide. If the locking slide is finally completely disengaged from the recess of the adjusting slide, the axial fixing of the adjusting slide is removed, so that it can follow the further movement of the switch tongue that is lying down due to the opening.
  • a coil spring or a stack of disc springs can be used, which is held in a suitable housing and stores energy for resetting the switch when the switch is opened.
  • the opening force must overcome a resistance force, which is determined, for example, by a preload force via an adjusting screw.
  • a vertical force resulting from the pretensioning force is transmitted to the adjusting slide. Accordingly, the resistance force to be overcome is ideally a function of the vertical force and the coefficient of friction on the adjusting slide.
  • the adjusting screw is subject to settling effects that can lead to a loss of force.
  • the coefficient of friction on the adjusting slide depends on many parameters, including: a. the condition of the lubricant, the surface properties of the frictional contact and coatings.
  • the object of the invention is to provide a switch with an opening mechanism with which the properties of the opening mechanism can be guaranteed to be as constant as possible over the operating time with regard to the forces required for opening.
  • the spring element consists of a structural unit or an assembly, comprising a torsion spring and a spiral spring, the torsion spring and the spiral spring being mechanically coupled to one another in a torsionally rigid manner, such that a torque due to the introduction of force into the spiral spring is perpendicular to the axis of rotation of the rotation spring, is transmitted between the rotation spring and the spiral spring.
  • a structural unit exists when the torsion spring and the spiral spring are permanently connected to one another (for example by welding).
  • An assembly exists when the torsion spring and the spiral spring represent two components that are connected to one another, for example by a detachable splined shaft connection.
  • the connection between the spiral spring and the torsion spring is torsionally rigid. In connection with the invention, this means that a bending moment, which is introduced into the torsion spring via the spiral spring, is completely or at least largely transferred to the torsion spring. Of course, every connection between two components is not absolutely rigid.
  • connection whose elasticity is negligibly low compared to the technical spring properties of the torsion spring and the torsion spring (elasticity, which is described by a spring constant CB of the torsion spring, CT of the torsion spring) and can therefore technically be described as rigid .
  • torsionally rigid also means that a torque, for example due to the introduction of force into the spiral spring perpendicular to the axis of rotation of the rotational spring, can actually be transferred between the rotational spring and the spiral spring.
  • the advantage of the rigid connection is that the forces of the spring element introduced into the spring element lead to a deformation of the spring element as a whole without friction losses (which would act as damping). This can also reduce wear effects that would negatively influence the properties and thus the behavior of the opening mechanism during operation.
  • the advantageous consequence is that the spring element also over Has uniform properties over longer operating times and this in particular reduces the maintenance effort for the point drive.
  • the spring element consisting of a torsion spring and a spiral spring, also represents the central functional element of a very compact structure mechanism, whereby the required spring stiffness, i.e. H .
  • a sufficiently soft spring is achieved by a mechanical coupling of the torsion spring and the spiral spring. This mechanical coupling causes the springs to be connected in series, so that the spring stiffness of the spring element is reduced compared to the torsion spring and the spiral spring, viewed individually, according to the formula:
  • the torsion spring can be made comparatively soft in order to be able to primarily absorb the energy that is introduced into the spring element by the adjusting slide when it is opened.
  • the spiral spring must deform to such an extent that it allows the spring element to be released from the receptacle (e.g. recess) provided in the adjusting slide.
  • the deformation of the torsion spring can also have a supporting effect.
  • the spiral spring is coupled with a free end to the adjusting slide in such a way that a displacement of the adjusting slide bends the spiral spring.
  • a driving mechanism is possible, which is geometrically very simple and therefore particularly robust.
  • the mechanical coupling is formed by a positive connection between the free end of the spiral spring and the adjusting slide.
  • a form fit has the advantage that the spring element can be easily mounted in the drive mechanism.
  • a mechanical coupling to the adjusting slide is then also easily possible and reversible, i.e. H .
  • the mechanical coupling can be canceled when the switch is opened and then restored again.
  • the free end of the spiral spring engages in a recess in the adjusting slide.
  • the spiral spring is taken along when the adjusting slide moves when the switch is opened.
  • the deformation of the spiral spring (and the torsion spring) then causes the end of the spiral spring to move out of the recess and this results in a mechanical decoupling between the spring element and the adjusting slide. This protects the adjusting device from mechanical damage.
  • the free end of the spiral spring has play in the recess.
  • a recess that allows play between the adjusting slide and the spring element facilitates the movement between these two components, as long as there is still a mechanical connection between the two components in the direction of movement of the adjusting slide when the switch is opened.
  • the spiral spring can change the angle as it bends between its end and the adjusting slide without the two components jamming. As a result, the behavior of the spring element when driving up can be better predicted and wear when driving up is advantageously reduced.
  • At least one roller is attached to the end of the spiral spring, which is designed to be supported on the spiral spring when the switch is opened.
  • Attaching a roller advantageously reduces friction as the end of the spiral spring moves out of the recess. Even if the spiral spring subsequently opens when the switch continues to open, i.e. H . With a further linear movement of the adjusting slide, while the spiral spring has already moved out of the recess, relative to the adjusting slide, the roller reduces the friction between the end of the spiral spring and the adjusting slide as it rolls along on the adjusting slide. In this way, wear can advantageously be further reduced.
  • the torsion spring is designed as a torsion bar.
  • Torsion springs which are designed as torsion bars, advantageously have design features that make the spring insensitive to notch effects during deformation. This means that the spring can reliably fulfill its function even after prolonged use.
  • Torsion springs for example, have a torsion area with a reduced diameter, which merges into a thickening at the ends of the torsion bar, this thickening serving to mechanically connect the ends of the torsion bar to adjacent components (here a clamping in the housing and a connection to the spiral spring).
  • the torsion spring is held with a fixed end in a torsionally rigid manner in a holder of the adjusting device. This advantageously ensures that the torsion spring has easily predictable spring behavior.
  • the torsionally rigid holder in the adjusting device creates mechanically easily predictable conditions in this regard.
  • such a mount is not absolutely torsionally rigid, but compared to the spring stiffness of the torsion spring it can be described as torsionally rigid from a technical point of view.
  • the torsion spring is torsionally rigidly bound with a coupling end to a coupling end of the spiral spring to form a coupling point.
  • the torsionally rigid connection between the respective coupling ends of the spiral spring and the torsion spring also creates clear and easily predictable conditions.
  • the division of tasks between the two springs, namely that the spiral spring bends primarily and the torsion spring primarily twists when a load is transferred to the spring by the adjusting slide during opening, is thereby specified in the design.
  • the spiral spring and the torsion spring form the legs of a right angle in the coupling point in the relaxed state.
  • This geometric design of the spring element advantageously ensures that the introduction of a torsional moment into the torsion spring can be carried out by the spiral spring at the coupling point with a comparatively high degree of mechanical certainty.
  • the torsion spring is also subjected to a transverse force, which will lead to a certain bending of the torsion spring.
  • the deformation of the torsion spring will primarily be characterized by torsion of the same, which is why it technically has the properties of a torsion spring.
  • a further torsion spring is connected to the opposite side of the spiral spring, which is connected to the torsion spring and the same torsion axis.
  • the spring element that is created in this way has the shape of a large T, where the spiral spring is the vertical beam of this T and the torsion spring is the cross beam of the T.
  • This arrangement has the advantage that a bending moment is introduced at the ends of the two torsion springs at the same time. From a mechanical point of view, the two torsion springs therefore also form a bending beam that is stressed in the middle and is firmly clamped at both ends.
  • This structure is significantly stiffer in terms of the bending moment introduced than if only one torsion spring is connected with its end at the coupling point to the end of the spiral spring. Therefore, limiting the stress on the torsion spring to torsion can advantageously be even more isolated from undesirable bending stress.
  • the two torsion springs are firmly clamped at their respective other ends. This creates a parallel connection of the torsion springs, so that their individual spring stiffness must be halved compared to the desired spring stiffness of the torsion spring assembly in order to obtain the desired resulting overall spring stiffness of the torsion spring combination.
  • the spiral spring and the adjusting slide form the legs of a right angle when the switch is not in the open state.
  • the adjusting slide then engages with its connection point at a right angle to the end of the spiral spring with a view to its direction of movement and can deform it in a defined manner.
  • the spiral spring simultaneously transmits a torsional moment to the torsion spring connected to the coupling point.
  • the spiral spring swings in the lateral direction of the movement of the adjusting slide and at the same time away from it, thus providing the mechanical connection between the spring element and the adjusting slide (at least in the axial direction of the adjusting slide).
  • the spring element consists of a structural unit or an assembly, having a torsion spring and a spiral spring, the torsion spring and the spiral spring being mechanically coupled to one another in a torsionally rigid manner, in such a way that a torque due to the introduction of force into the spiral spring is transmitted perpendicular to the axis of rotation of the rotational spring between the rotational spring and the spiral spring.
  • the adjusting device can be used to achieve the advantages that have already been explained in connection with the switch described in more detail above. What is stated about the switch according to the invention also applies accordingly to the adjusting device according to the invention.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that can be viewed independently of one another, which each also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a combination other than that shown as part of the invention are to be viewed. Furthermore, the components described can also be combined with the features of the invention described above.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of the switch according to the invention with its functional relationships schematically
  • Figure 2 shows a spring element schematically in a three-dimensional view, as shown in an exemplary embodiment of the switch according to the invention.
  • the adjusting device according to the invention can be installed,
  • FIG. 3 shows a schematic section showing a detent between the spring element with its spiral spring and the adjusting slide, these two components being shown in different stages of opening and in the closed (installed) state,
  • Figures 4 and 5 show exemplary embodiments of spring elements, the spiral springs of which are provided with rollers at the free end in order to reduce friction in the grid RT and in the event of a parallel displacement of the spring element and the adjusting slide,
  • FIG. 6 shows a switch drive with an exemplary embodiment of the adjusting device according to the invention in a first drive end position with the locking device according to the invention in a first position - equipped with a further exemplary embodiment of a spring element in the shape of a T.
  • a switch is shown in a manner known per se as a schematic top view.
  • Rails SN can be seen from the switch, which specify a first route FW1 and a second route FW2.
  • the first route FW1 is the one that leads away from the track in curves when the switch is set accordingly, while the second route FW2 runs straight ahead.
  • a switch drive 1 is provided with an adjusting slide 14, which can be moved in the lateral direction LR and is attached to an inner switch tongue WZ I and an outer switch tongue WZA.
  • the switch tongues can be deformed, whereby the travel paths FW1, FW2 are set (the target positions of the adjusting slide can be seen in Figure 1 in that these are predetermined by the end positions of the switch tongues, which are solid for the first Route and dash-dotted lines for the second route are indicated).
  • the position for the first route FW1 is shown in FIG. 1, with the position of the switch tongues for the second route FW2 being indicated by dash-dotted lines.
  • RDL wheel handlebars and a HZ center piece are provided on the switch. These reduce the risk of a vehicle derailing at the switch. This also applies in particular if the switch is driven by a vehicle from a first travel direction AFR1 along the first route FW1 or from a second
  • a route FW2 is approached.
  • An opening occurs when a vehicle approaches from the second approach direction AFR2 even though the switch has set the first route FW1, or vice versa, a vehicle approaches from the approach direction AFR1 even though the switch has set the route FW2.
  • the routes FW1, FW2 can be driven in both directions (double arrow), the directions AFR1, AFR2 only apply from the end of the switch towards the heart, since a switch cannot be opened from the start of the switch (the route is in this direction FW1, FW2 defined by the position of the switch tongues WZ I, WZA.
  • the spring element according to the invention is shown schematically in FIG.
  • This consists of your torsion spring TF and a spiral spring BF, which are connected to each other at a coupling point KPS.
  • the coupling point consists, for example, of a splined shaft connection, not shown, but could also consist of a press fit or be a welded connection.
  • the coupling end of the torsion spring KPT at the coupling point KPS is connected to the coupling end KPB of the spiral spring BF in such a way that an introduction of a driving force F in the adjusting slide, which is initiated at right angles (angle 5) to the course of the spiral spring BF, creates a torque M the torsion spring TF transmits.
  • the torque is:
  • FIG. 2 Shown in Figure 2 is a torsion angle a, which results from a torsion of the torsion spring TF.
  • the spiral spring BF bends along a bending line BL, which is drawn in Figure 1 taking into account the torsion angle a.
  • a deflection of the free end of the spiral spring ERB by an amount x occurs, which results from a superposition of the torsion of the torsion spring TF by an amount
  • the deformation of the spring also results in a deflection of the free end of the spiral spring ERB perpendicular to the lateral direction LR by the amount y, which is why it moves away from the adjusting slide and in this way a mechanical decoupling of these two components can take place (more on this below) .
  • the spring element FE stores energy through the deformation, so that after opening, when the switch drive is to be put back into operation, the spring element FE is taken back into the adjusting slide to produce a mechanical coupling by deformation.
  • Figure 3 shows schematically how opening can take place.
  • the mechanical coupling in Figure 3 is provided by a recess VT, into which the spiral spring BF protrudes with its free end FRB, forming a play SP.
  • the game SP is required so that when the adjusting slide 14 is displaced in the lateral direction LR, a tilting movement of the free end FRB of the spiral spring BF can take place without the end FRB of the recess VT tilting.
  • FIG. 3 in which the spiral spring BF is shown undeformed in a state a and slightly deformed in a state b during opening.
  • state b the free end FRB of the spiral spring BF is supported on the edge of the recess VT and is slowly pushed out of the recess VT without tilting due to the play SP.
  • the spiral spring As shown in state c, is completely released from the recess VT and is supported on an upper side OS of the adjusting slide 14. Now the adjusting slide 14 can slide under the spiral spring BF and the switch can thus be opened without other parts of the switch drive 1 being damaged via a mechanical coupling.
  • Figure 4 and Figure 5 differ in that Figure 4 two rollers RL are each arranged on the edges of the spiral spring that are perpendicular to the lateral direction, with one or the other of the rollers being used depending on the direction of travel.
  • a central roller is arranged which is sufficiently large that it supports both opening in one direction and opening in the other direction.
  • the VT specialization is accordingly adapted to the RL role.
  • FIG. 6 shows the switch drive 1 with an adjusting device AMSM consisting of a drive module AM and an adjusting module SM in a first drive end position, from which it can be transferred to a second drive end position.
  • the switch drive 1 according to the invention can be positioned to the right or left of a switch on a track and is suitable for connection to movable switch parts that can be moved back and forth, namely both switch tongues and a movable centerpiece (however, the opening mechanism according to the invention only works with mounting on switch tongues). It is therefore assumed below that the switch drive 1 is connected to two switch tongues of a switch (see Figure 1).
  • a drive housing 2 of this point machine 1 consists of a preferably metallic housing trough 3 and a non-slip and non-slip cover (not shown here), both of which together accommodate essential parts of the point machine.
  • a drive motor 4 of a drive module AM designed for example as a three-phase motor, moves a ball screw drive 8 via a gear stage 5 with a pinion, an intermediate wheel and a large wheel or a chain drive (neither shown in detail).
  • This ball screw drive 8 consists of a spindle 7, a spindle nut guided on the spindle 7 and an adjustable actuating force clutch 6 comprising the spindle nut.
  • the actuating force clutch 6 acts on a drive mechanism 9 (also called a holding clutch device) of an actuating module SM.
  • the driving mechanism 9 includes a clutch housing 10 and an adjustable holding clutch 11, which receives the spring element according to the invention.
  • the torque-safe, longitudinally guided actuating force clutch 8 which includes the spindle nut, moves from the first end position shown, in which it rests against a stop 12 of the clutch housing 10 a free travel in an adjusting direction RI on the spindle 7 until it arrives at a stop 13 of the clutch housing 10 of the adjusting module SM.
  • This clutch housing 10 is structurally united with the adjustable holding clutch 11 of the opening mechanism 9.
  • the holding clutch 11 is positively connected to an adjusting slide 14 of the switch drive 1 via the detent RT (see FIGS. 3 to 5). Until the stops
  • Actuating force clutch 6 against the stop 13 of the clutch housing 10 is taken from the first end position shown to the left in the adjusting direction RI and thereby moves the adjusting slide 14 via the retaining clutch 11 from the first end position shown, in which the adjusting slide is largely located in the drive housing 2, to a second end position in which it is extended furthest from the drive housing.
  • the end of the adjusting slide 14 is connected via an external closure in the adjusting direction RI or R2 connected back and forth to switch tongues WZ I, WZA (see Figure 1).
  • the holding clutch 11 is designed to protect the switch drive 1 from damage when the switch is opened.
  • the holding clutch 11 then responds and releases the adjusting slide 14 when the switch is opened and high external forces are carried into the switch drive 1 .
  • the process of opening a switch will be discussed in more detail later.
  • the adjusting slide 14 is fixed in its two end positions in a non-positive and positive manner.
  • a first locking slide 15 and a second locking slide 16 of a locking device designated as a whole by SPV are used, the first locking slide 15 being able to fall into a corresponding first recess of the adjusting slide 14 - not shown here - and the second locking slide 16 being able to fall into a - here too not shown - corresponding second recess of the adjusting slide 14 can occur.
  • the locking slide 15 In the first drive end position of the switch drive 1 shown in FIG. 6, the locking slide 15 has collapsed into the first recess, not shown, of the adjusting slide 14 under the action of the coil springs of the spring device. A first drive contact, not shown, had changed its switching position and interrupted the supply circuit for the drive motor 4.
  • the switch drive 1 is reversed into the second drive end position, with the locking slide 15 being disengaged from the first recess of the adjusting slide 14 and the first drive contact being reversed again, the locking slide 16 falls into the second recess of the adjusting slide 14 assigned to it, also not shown as soon as this recess is aligned with the longitudinal axis of the locking slide 16.
  • the switch drive 1 according to the invention also has a test slide arrangement 21 with two test slides.
  • test slides 22 One of the two test slides is visible in FIG. 1 and is designated by reference number 22. It is - not shown here - hinged to the adjacent switch tongue of the switch, not shown (see Fig. 1). The other of the two test slides is located underneath and is therefore not visible. It is - also not shown here - linked to the remote switch tongue of the switch.
  • the two test slides 22 serve to report the actual position of the switch tongues controlled by the adjusting slide 14 to the switch drive 1. In this way, the breakage of the adjusting slide 14, the no longer existing articulation of the adjusting slide 14 to the switch tongues or the breakage of the switch tongues themselves should be detected.
  • the test slides 22 are each articulated to one of the switch tongues to be moved in the outdoor system. They are moved back and forth in the drive housing 2 in a similar way to the adjusting slide 14, but not driven by the drive motor 4 like the adjusting slide 14, but rather driven by the switch tongue that is to be monitored.
  • the drive housing 2 has a prepared installation space for the test slide arrangement 21 to the left and right of the adjusting slide 14.
  • the installation of the test slide arrangement 21 in one of the prepared installation spaces takes place depending on the position of the switch drive 1 in relation to the switch.
  • the test slide arrangement 21 is to be installed on the side of the adjusting slide 14 that faces the tongue tips of the switch tongues.
  • FIG. 6 An alternative embodiment of the retaining clutch is shown in FIG. 6 compared to the geometric shape of the spring element FE shown in FIG. 2.
  • the spring element FE according to FIG. 6 has a T-shaped shape, whereby according to FIG. 6 one looks at the T from above, so to speak.
  • the torsion spring TF and another torsion spring WTF form the crossbar of the T, which is firmly clamped at the edge in the upper region of the tubular coupling housing 10.
  • the spiral spring BF is attached to the two coupling ends of the torsion spring TF and the other torsion spring WTF pointing towards the center and protrudes downwards in the perspective shown, where the free end of the spiral spring BF is in the figure 3 to 5 engages in a recess of the adjusting slide 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Weiche mit einer Stellvorrichtung (AMSM), welche eingerichtet ist, über einen Stellschieber die Weiche zu stellen. Die Weiche weist einen Auffahrmechanismus mit einem Federelement (FE) auf, der eingerichtet ist, den Weichenantrieb nach dem Auffahren über den Stellschieber vor Beschädigungen zu schützen. Das Federelement (FE) besteht aus einer Baueinheit oder einer Baugruppe, aufweisend eine Torsionsfeder (TF), optional eine weitere Torsionsfeder (WTF) und eine Biegefeder (BF). Die Torsionsfeder (TF) und die Biegefeder (BF) sind mechanisch drehstarr miteinander gekoppelt, derart, dass ein Drehmoment auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder (BF) senkrecht zur Drehachse der Rotationsfeder, zwischen der Rotationsfeder und der Biegefeder (BF) übertragen wird. Ferner umfasst die Erfindung eine Stellvorrichtung (AMSM) für eine Weiche.

Description

Beschreibung
Weiche mit Auf f ahrmechanismus
Die Erfindung betri f ft eine Weiche mit einer Stellvorrichtung, welche eingerichtet ist , mit einem Antrieb über einen Stellschieber die Weiche zu stellen, wobei die Weiche einen Auf f ahrmechanismus mit einer mechanischen Kupplung und einem Federelement aufweist , wobei die Kupplung eingerichtet ist , den Antrieb von dem Stellschieber zu entkoppeln, wenn der Stellschieber beim Auf fahren eine Sollposition verlässt , und das Federelement eingerichtet ist , den Antrieb mit dem Stellschieber zu koppeln, wenn der Stellschieber sich in der Sollposition befindet . Außerdem betri f ft die Erfindung eine Stellvorrichtung für eine Weiche , aufweisend ein Federelement , wobei die Stellvorrichtung eingerichtet ist , in eine Rückfallweiche gemäß einem der voranstehenden Ansprüche eingebaut zu werden .
Wenn eine Weiche von einem Zug aus nicht eingestellter Richtung aufgefahren wird, soll ein auf fahrbarer Weichenantrieb ab einer spezi fi zierten Auf fahrkraft zerstörungs frei die durch das auf fahrende Rad erzwungene Bewegung der Weichenzungen erlauben . Dieser Auf f ahrmechanismus im Antrieb muss zudem reversibel sein, sodass der Weichenantrieb anschließend wieder einsatzbereit ist und in die ursprüngliche Endlage zurückkehren oder zurückgeführt werden kann . Diese Eigenschaften werden durch eine Rückfall funktion der Weiche , realisierbar durch einen Weichenantrieb, zur Verfügung gestellt .
Eine auf fahrbare Weiche ist beispielsweise in der WO 9629227 Al beschrieben . Beim Auf fahren der normalerweise durch den Weichenantrieb gesteuerten Weiche (nur möglich bei der Steuerung von Weichenzungen, nicht möglich bei der Steuerung eines Herzstückes ) werden von der Weichenseite her über den Stellschieber erhebliche Kräfte in den Weichenantrieb eingeleitet . Sobald dabei die Festhaltekraft einer Festhaltekupplung am Stellschieber überschritten wird, setzt sich der Stellschieber unter der Einwirkung der von außen auf ihn einwirkenden Kraft in die eine oder andere Richtung in Bewegung ( j e nachdem, aus welcher Endstellung die Weiche aufgefahren wird) . Dabei wird über Anlauf schrägen an dem Sperrschieber und entsprechende Anlauf schrägen an einer Ausnehmung im Stellschieber der Sperrschieber entgegen der Kraft einer auf ihn wirkenden Andrückfeder aus der Ausnehmung herausgerückt . I st der Sperrschieber schließlich aus der Ausnehmung des Stellschiebers vollständig ausgerückt , ist die axiale Festlegung des Stellschiebers aufgehoben, so dass dieser der weiteren Bewegung der durch das Auf fahren abliegenden Weichenzunge folgen kann .
In dem verwendeten Auf f ahrmechanismus kann beispielsweise eine Schraubenfeder oder ein Stapel von Tellerfedern zum Einsatz kommen, die in einem geeigneten Gehäuse gehalten ist und beim Auf fahren der Weiche Energie für eine Rückstellung derselben speichert . In dem Auf f ahrmechanismus muss die Auf fahrkraft eine Widerstandskraft überwinden, die zum Beispiel über eine Einstellschraube durch eine Vorspannkraft bestimmt wird . In dem Auf f ahrmechanismus wird aus der Vorspannkraft resultierend eine Vertikalkraft auf den Stellschieber übertragen . Entsprechend ist die zu überwindende Widerstandskraft idealisiert eine Funktion der Vertikalkraft und des Reibkoef fi zienten am Stellschieber .
Sowohl die Vertikalkraft der Auf f ahrkupplung als auch der Reibkoef fi zient sind wiederum über die Zeit veränderlich (Korrosion, Verschmutzung, Abnutzung) . Die Einstellschraube unterliegt Setzef fekten, die zu einem Kraftverlust führen können . Der Reibkoef fi zient am Stellschieber ist von vielen Parametern abhängig, u . a . vom Schmierstof f zustand, der Oberflächenbeschaf fenheit des Reibkontakts und von Beschichtungen .
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Weiche mit einem Auf f ahrmechanismus anzugeben, mit dem sich über die Betriebs zeit möglichst konstante Eigenschaften des Auf f ahrmechanismus hinsichtlich der zum Auf fahren erforderlichen Kräfte gewährleisten lässt .
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen
Anspruchsgegenstand (Weiche ) erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass das Federelement aus einer Baueinheit oder einer Baugruppe besteht , aufweisend eine Torsions feder und eine Biegefeder, wobei die Torsions feder und die Biegefeder mechanisch drehstarr miteinander gekoppelt sind, derart , dass ein Drehmoment auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder senkrecht zur Drehachse der Rotations feder, zwischen der Rotations feder und der Biegefeder übertragen wird .
Eine Baueinheit liegt vor, wenn die Torsions feder und die Biegefeder unlösbar miteinander verbunden sind (beispielsweise durch Schweißen) . Eine Baugruppe liegt vor, wenn die Torsions feder und die Biegefeder zwei Bauteile darstellen, welche miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine lösbare Zahnwellenverbindung . In j edem Falle ist die Verbindung zwischen Biegefeder und Torsions feder drehstarr . Dies bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung, dass ein Biegemoment , welches über die Biegefeder in die Torsions feder eingeleitet wird, vollständig oder zumindest zu einem überwiegenden Teil auf die Torsions feder übertragen wird . Selbstverständlich ist auch j ede Verbindung zwischen zwei Bauteilen nicht absolut starr . Gemeint ist allerdings eine Verbindung, deren Elasti zität verglichen mit den technischen Federeigenschaften der Torsions feder und der Biegefeder (Elasti zität , die durch eine Federkonstanten CB der Biegefeder, CT der Torsions feder beschrieben wird) vernachlässigbar gering sind und somit technisch als starr bezeichnet werden können .
Drehstarr bedeutet im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch, dass ein Drehmoment , beispielsweise auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder senkrecht zur Drehachse der Rotations feder, zwischen der Rotations feder und der Biegefeder tatsächlich übertragbar ist . Der Vorteil der starren Verbindung liegt darin, dass die in das Federelement eingeleiteten Kräfte des Federelements ohne Reibungsverluste ( die sich als Dämpfung auswirken würde ) zu einer Verformung des Federelementes als Ganzem führen . Hierdurch können auch Verschleißef fekte verringert werden, die die Eigenschaften und damit das Verhalten des Auf f ahrmechanismus während der Betriebs zeit negativ beeinflussen würden . Die vorteilhafte Folge ist , dass das Federelement auch über längere Betriebs zeiten hinweg gleichmäßige Eigenschaften aufweist und dadurch insbesondere der Wartungsaufwand für den Weichenantrieb verringert wird .
Das Federelement , bestehend aus einer Torsions feder und einer Biegefeder, stellt außerdem das zentrale Funktionselement eines sehr kompakt aufgebauten Aufbaumechanismus dar, wobei die geforderte Federstei figkeit , d . h . eine genügend weiche Feder, durch eine mechanische Kopplung der Torsions feder und der Biegefeder erreicht wird . Diese mechanische Kopplung bewirkt eine Reihenschaltung der Federn, so dass sich die Federstei figkeit des Federelementes im Vergleich zu der Torsions feder und der Biegefeder, einzeln betrachtet , verringert nach der Formel :
CR = ( CB • CT ) / ( CB + CT ) mit
CR resultierende Federstei figkeit
CB Federstei figkeit der Biegefeder
CT Federstei figkeit der Torsions feder
Dabei findet vorteilhaft eine Aufgabenteilung innerhalb des Federelementes statt . Die Torsions feder kann vergleichsweise weich ausgeführt werden, um in erster Linie die Energie aufnehmen zu können, die beim Auf fahren durch den Stellschieber in das Federelement eingeleitet wird . Die Biegefeder muss sich so weit verformen, dass diese eine Lösung des Federelementes aus der im Stellschieber vorgesehenen Aufnahme (beispielsweise Vertiefung) zulässt . Hierbei kann die Verformung der Torsions feder ebenfalls unterstützend wirksam werden .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder mit einem freien Ende derart mit dem Stellschieber gekoppelt ist , dass eine Verschiebung des Stellschiebers die Biegefeder verbiegt .
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass eine Verschiebung des Stellschiebers in eine Richtung wirken muss , die eine Auslenkung der Biegefeder in Verformungsrichtung bewirkt (hierzu im Folgenden noch mehr ) hierdurch ist vorteilhaft eine Konzeption des
Auf f ahrmechanismus möglich, die geometrisch sehr einfach und hierdurch besonders robust ausgeführt ist .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Kopplung durch einen Formschluss zwischen dem freien Ende der Biegefeder und dem Stellschieber gebildet ist .
Ein Formschluss hat den Vorteil , dass das Federelement einfach im Auf f ahrmechanismus montiert werden kann . Eine mechanische Kopplung an den Stellschieber ist dann ebenfalls einfach möglich und reversibel , d . h . die mechanische Kopplung kann bei einem Auf fahren der Weiche aufgehoben und anschließend wieder hergestellt werden .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das freie Ende der Biegefeder in eine Vertiefung im Stellschieber eingrei ft .
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Stellschieber so angeordnet ist , dass das Ende der Biegefeder sozusagen in eine Bewegungsrichtung (normalerweise linear ) des Stellschiebers hineinragt . Dadurch wird die Biegefeder bei einer Bewegung des Stellschiebers mitgenommen, wenn die Weiche aufgefahren wird . Die Verformung der Biegefeder (und der Torsions feder ) führt dann dazu, dass sich das Ende der Biegefeder aus der Vertiefung heraus bewegt und hierdurch eine mechanische Entkopplung zwischen dem Federelement und dem Stellschieber kommt . Hierdurch wird die Stellvorrichtung vor einer mechanischen Beschädigung geschützt .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das freie Ende der Biegefeder in der Vertiefung Spiel aufweist .
Eine Vertiefung, die ein Spiel zwischen dem Stellschieber und dem Federelement zulässt , erleichtert die Bewegung zwischen diesen beiden Bauteilen, solange beim Auf fahren der Weiche noch eine mechanische Verbindung in Bewegungsrichtung des Stellschiebers zwischen den beiden Bauteilen besteht . Konkret kann die Biegefeder, während diese sich verbiegt , eine Winkeländerung zwischen ihrem Ende und dem Stellschieber mitmachen, ohne dass sich die beiden Bauteile verklemmen . Hierdurch kann das Verhalten des Federelements beim Auf fahren besser vorhergesagt werden und der Verschleiß beim Auf fahren wird vorteilhaft vermindert .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Ende der Biegefeder mindestens eine Rolle angebracht ist , welche dazu eingerichtet ist , sich beim Auf fahren der Weiche auf der Biegefeder abzustützen .
Das Anbringen einer Rolle verringert vorteilhaft die Reibung, während sich das Ende der Biegefeder aus der Vertiefung heraus bewegt . Auch wenn die Biegefeder anschließend beim weiteren Auf fahren der Weiche , d . h . bei einer weiteren Linearbewegung des Stellschiebers , während sich die Biegefeder bereits aus der Vertiefung heraus bewegt hat , relativ zur Stellschieber bewegt , verringert die Rolle , während diese auf dem Stellschieber entlang rollt , die Reibung zwischen dem Ende der Biegefeder und dem Stellschieber . Auf diese Weise kann der Verschleiß vorteilhaft weiter verringert werden .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Torsions feder als Torsionsstab ausgeführt ist .
Torsions federn, die als Torsionsstab ausgeführt sind, weisen vorteilhaft konstruktive Merkmale auf , welche die Feder unempfindlich gegenüber Kerbwirkungen bei der Verformung machen . Dadurch kann die Feder auch bei längerem Gebrauch ihre Funktion vorteilhaft zuverlässig erfüllen . Torsions federn weisen beispielsweise einen im Durchmesser verringerten Torsionsbereich auf , der an den Enden des Torsionsstabes in eine Verdickung übergeht , wobei diese Verdickung der mechanischen Anbindung der Enden des Torsionsstabes an benachbarte Bauteile (hier eine Einspannung im Gehäuse sowie eine Verbindung zur Biegefeder ) dienen .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Torsions feder mit einem festen Ende drehstarr in einer Halterung der Stellvorrichtung gehalten ist . Hierdurch wird vorteilhaft erreicht , dass die Torsions feder ein gut vorhersagbares Federverhalten aufweist . Die drehstarre Halterung in der Stellvorrichtung schaf ft diesbezüglich mechanisch gut vorhersehbare Bedingungen . Wie bereits erwähnt , ist eine solche Halterung nicht absolut drehstarr, aber im Vergleich zur Federstei figkeit der Torsions feder aus technischer Sicht als drehstarr zu bezeichnen .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Torsions feder mit einem Koppelende drehstarr an ein Koppelende der Biegefeder unter Ausbildung einer Koppelstelle gebunden ist .
Auch die Drehstarre Verbindung zwischen den j eweiligen Koppelenden der Biegefeder sowie der Torsions feder schaf ft eindeutige und gut berechenbare Bedingungen . Die Aufgabenteilung der beiden Federn, nämlich, dass sich die Biegefeder vorrangig verbiegt und die Torsions feder sich vorrangig verdreht , wenn eine Belastung beim Auf fahren durch den Stellschieber auf die Feder übertragen wird, wird hierdurch konstruktiv vorgegeben .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder und die Torsions feder im entspannten Zustand die Schenkel eines rechten Winkels in der Koppelstelle ausbilden .
Durch diese geometrische Ausgestaltung des Federelementes wird vorteilhaft bewirkt , dass die Einleitung eines Torsionsmomentes in die Torsions feder durch die Biegefeder an der Koppelstelle mit einem vergleichsweise hohen Maß an mechanischer Bestimmtheit erfolgen kann . Natürlich wird die Torsions feder bei der Einleitung des Torsionsdrehmomentes auch mit einer Querkraft beansprucht , welche zu einer gewissen Verbiegung der Torsions feder führen wird . Allerdings wird die Verformung der Torsions feder aufgrund ihrer Geometrie vorrangig durch eine Torsion derselben geprägt sein, weswegen diese technisch die Eigenschaft einer Torsions feder aufweist .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der gegenüberliegenden Seite der Biegefeder eine weitere Torsions feder angebunden ist , die mit der Torsions feder auf ein und derselben Torsionsachse liegt .
Das Federelement , das auf diese Wei se entsteht , weist mit anderen Worten die Form eines großen T auf , wobei die Biegefeder der senkrechte Balken dieses T ist und die Torsions feder der Querbalken des T ist . Diese Anordnung hat den Vorteil , dass die Einleitung eines Biegemomentes an den Enden der beiden Torsions federn gleichzeitig stattfindet . Mechanisch betrachtet bilden die beiden Torsions federn daher auch einen Biegebalken, der in seiner Mitte beansprucht wird und an den beiden Enden fest eingespannt ist . Diese Struktur ist wesentlich stei fer hinsichtlich des eingeleiteten Biegemomentes , als wenn nur eine Torsions feder mit ihrem Ende an der Koppelstelle mit dem Ende der Biegefeder verbunden ist . Daher kann die Beschränkung der Beanspruchung der Torsions feder auf Torsion vorteilhaft noch stärker von einer ungewünschten Biegebeanspruchung isoliert werden .
Die beiden Torsions federn sind wie erwähnt an ihren j eweiligen anderen Enden fest eingespannt . Hierdurch entsteht eine Parallelschaltung der Torsions federn, sodass deren Einzel federstei figkeiten im Vergleich zu der gewünschten Federstei figkeit des Torsions federverbandes halbiert werden muss , um die gewünschte resultierende Gesamtfederstei figkeit der Torsions feder-Kombination zu erhalten .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder und der Stellschieber im nicht auf gefahrenen Zustand der Weiche die Schenkel eines rechten Winkels bilden .
Hierdurch werden vorteilhaft gut definierte kinematische Verhältnisse zwischen der Biegefeder und dem Stellschieber erzeugt , wenn die Weiche aufgefahren wird . Der Stellschieber grei ft mit seiner Anbindungsstelle mit Blick auf seine Bewegungsrichtung dann im rechten Winkel zum Ende der Biegefeder an, und kann diese definiert verformen . Die Biegefeder überträgt dabei gleichzeitig ein Torsionsmoment auf die an der Koppelstelle angeschlossener Torsions feder . Dabei schwingt die Biegefeder in der lateralen Richtung der Bewegung des Stellschiebers und gleichzeitig von ihm weg und gibt damit die mechanische Verbindung zwischen dem Federelement und dem Stellschieber frei ( zumindest in axialer Richtung des Stellschiebers ) .
Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand ( Stellvorrichtung) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst , dass das Federelement aus einer Baueinheit oder einer Baugruppe besteht , aufweisend eine Torsions feder und eine Biegefeder, wobei die Torsions feder und die Biegefeder mechanisch drehstarr miteinander gekoppelt sind, derart , dass ein Drehmoment auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder senkrecht zur Drehachse der Rotations feder, zwischen der Rotations feder und der Biegefeder übertragen wird .
Mit der Stellvorrichtung lassen sich die Vorteile erreichen, die im Zusammenhang mit der obenstehend näher beschriebenen Weiche bereits erläutert wurden . Das zur erfindungsgemäßen Weiche Aufgeführte gilt entsprechend auch für die erfindungsgemäße Stellvorrichtung .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben . Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind j eweils mit den gleichen Bezugs zeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert , wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben .
Bei den im Folgenden erläuterten Aus führungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung . Bei den Aus führungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Aus führungs formen j eweils einzelne , unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung j eweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind . Des Weiteren sind die beschriebenen Komponenten auch durch mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen der Erfindung kombinierbar .
Es zeigen : Figur 1 ein Aus führungsbeispiel der erf indungsbemäßen Weiche mit ihren Wirkzusammenhängen schematisch,
Figur 2 ein Federelement schematisch in einer dreidimensionalen Ansicht , wie dieses in ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Weiche bzw . der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung eingebaut werden kann,
Figur 3 schematisch einen Ausschnitt , der eine Rastung zwischen dem Federelement mit seiner Biegefeder und dem Stellschieber darstellt , wobei diese beiden Bauteile in verschiedenen Stadien des Auf fahrens sowie im geschlossenen ( eingebauten) Zustand dargestellt sind,
Figur 4 und 5 Aus führungsbeispiele von Federelementen, deren Biegefeder am freien Ende mit Rollen versehen sind, um eine Reibung in der Rasterung RT und bei einer Parallelverschiebung von Federelement und Stellschieber zu verringern,
Figur 6 einen Weichenantrieb mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einer ersten Antriebsendlage mit der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung in einer ersten Stellung - ausgestattet mit einem weiteren Aus führungsbeispiel eines Federelementes in Form eines T .
In Figur 1 ist eine Weiche in an sich bekannter Weise als schematische Aufsicht von oben dargestellt . Von der Weiche sind Schienen SN zu erkennen, welche einen ersten Fahrweg FW1 und einen zweiten Fahrweg FW2 vorgeben . Der erste Fahrweg FW1 ist derj enige , der bei entsprechender Weichenstellung von dem Gleis in Kurvenfahrt wegführt , während der zweite Fahrweg FW2 geradeaus verläuft . Um die Weiche zu stellen, ist ein Weichenantrieb 1 mit einem Stellschieber 14 vorgesehen, der in lateraler Richtung LR verschoben werden kann und an einer inneren Weichenzunge WZ I und einer äußeren Weichenzungen WZA befestigt ist . Auf diese Weise lassen sich die Weichenzungen verformen, wodurch die Fahrwege FW1 , FW2 gestellt werden ( die Sollpositionen des Stellschiebers sind in Figur 1 dadurch zu erkennen, das s diese durch die Endlagen der Weichenzungen vorgegeben sind, die durchgezogen für den ersten Fahrweg und strichpunktiert für den zweiten Fahrweg angedeutet sind) . In Figur 1 dargestellt ist die Stellung für den ersten Fahrweg FW1 , wobei durch strichpunktierte Linien die Stellung der Weichenzungen für den zweiten Fahrweg FW2 angedeutet sind .
Zur zusätzlichen Führung sind Radlenker RDL sowie ein Herzstück HZ an der Weiche vorgesehen . Diese verringern das Risiko , dass ein Fahrzeug an der Weiche entgleist . Dies gilt insbesondere auch, wenn die Weiche durch ein Fahrzeug aus einer ersten Auf fahrrichtung AFR1 entlang des ersten Fahrwegs FW1 oder aus einer zweiten
Auf fahrrichtung AFR2 auf einem Fahrweg FW2 aufgefahren wird . Ein Auf fahren erfolgt , wenn sich aus der zweiten Auf fahrrichtung AFR2 ein Fahrzeug nähert , obwohl die Weiche den ersten Fahrweg FW1 gestellt hat , oder andersherum, ein Fahrzeug sich aus der Auf fahrrichtung AFR1 nähert , obwohl die Weiche den Fahrweg FW2 gestellt hat . Während die Fahrwege FW1 , FW2 in beide Richtungen befahrbar sind ( Doppelpfeil ) , gelten die Auf f ahrrichtungen AFR1 , AFR2 j eweils nur vom Weichenende her zum Herzstück hin, da eine Weiche vom Weichenanfang ausgehend nicht aufgefahren werden kann ( in dieser Richtung ist der Fahrweg FW1 , FW2 durch die Stellung der Weichenzungen WZ I , WZA definiert .
In Figur 2 ist das erfindungsgemäße Federelement schematisch dargestellt . Dieses besteht aus deiner Torsions feder TF und einer Biegefeder BF, die an einer Koppelstelle KPS miteinander verbunden sind . Die Koppelstelle besteht beispielsweise aus einer nicht näher dargestellten Zahnwellenverbindung, könnte j edoch auch aus einem Pressverband bestehen oder eine Schweißverbindung sein . Jedenfalls ist das Koppelende der Torsions feder KPT an der Koppelstelle KPS mit dem Koppelende KPB der Biegefeder BF derart verbunden, dass eine Einleitung einer Auf fahrkraft F im Stellschieber, die rechtwinklig (Winkel 5 ) zum Verlauf der Biegefeder BF eingeleitet wird, ein Drehmoment M auf die Torsions feder TF überträgt . Bei einer Länge 1 der Biegefeder BF beträgt das Drehmoment :
M F • 1 Die Krafteinleitung der Auf fahrkraft F erfolgt am freien Ende der Biegefeder ERB . Da die Torsions feder mit einem freien Ende der Torsions feder FTT in einer Halterung HT des Weichenantriebs 1 (nicht näher dargestellt ) eingespannt ist , wird es zu einer Torsion der Torsions feder TF und einer Verbiegung der Biegefeder BF kommen ( auch die Torsions feder TF wird sich um ein gewisses Maß verbiegen, wobei diese tatsächliche Verformung bei der modellhaften Betrachtung gemäß Figur 2 nicht berücksichtigt wird) .
Dargestellt in Figur 2 ist ein Torsionswinkel a, der aus einer Torsion der Torsions feder TF resultiert . Zusätzlich verbiegt sich die Biegefeder BF entlang einer Biegelinie BL, die unter Berücksichtigung des Torsionswinkels a in Figur 1 eingezeichnet ist . Zu erkennen ist in Figur 2 , dass in lateraler Richtung LR, in der auch die Auf fahrkraft F wirkt , eine Auslenkung des freien Endes der Biegefeder ERB um einen Betrag x erfolgt , der aus einer Überlagerung der Torsion der Torsions feder TF um einen Betrag
1 • sin a und der Verschiebung v der Biegefeder am freien Ende ERB ( der mit einem Betrag von v • sin a in die Verschiebung x eingeht ) .
Durch die Verformung der Feder erfolgt außerdem eine Auslenkung des freien Endes der Biegefeder ERB senkrecht zur lateralen Richtung LR um den Betrag y, weswegen sich dieses vom Stellschieber entfernt und auf diese Weise eine mechanische Entkopplung dieser beiden Bauteile erfolgen kann (hierzu im Folgenden noch mehr ) . Gleichzeitig speichert das Federelement FE durch die Verformung Energie , damit nach dem Auf fahren, wenn der Weichenantrieb wieder in Betrieb genommen werden soll , das Federelement FE zur Herstellung einer mechanischen Kopplung durch Rückverformung wieder in den Stellschieber aufgenommen wird . In Figur 3 ist schematisch dargestellt , wie ein Auf fahren erfolgen kann . Die mechanische Kopplung in Figur 3 ist durch eine Vertiefung VT gegeben, in der die Biegefeder BF mit ihrem freien Ende FRB unter Ausbildung eines Spiels SP hineinragt . Das Spiel SP ist erforderlich, damit bei einer Verschiebung des Stellschiebers 14 in lateraler Richtung LR eine Kippbewegung des freien Endes FRB der Biegefeder BF erfolgen kann, ohne dass sich das Ende FRB der Vertiefung VT verkantet . Dies ist in Figur 3 dargestellt , indem die Biegefeder BF in einem Zustand a unverformt sowie in einem Zustand b leicht verformt während des Auf fahrens dargestellt ist . Das freie Ende FRB der Biegefeder BF stützt sich im Zustand b am Rand der Vertiefung VT ab und wird aufgrund des Spiels SP ohne Verkanten langsam aus der Vertiefung VT herausgedrückt .
Bei weiterem Auf fahren in lateraler Richtung LR löst sich die Biegefeder, wie im Zustand c dargestellt , völlig aus der Vertiefung VT und stützt sich an einer Oberseite OS des Stellschiebers 14 ab . Nun kann der Stellschieber 14 unter der Biegefeder BF hindurchrutschen und die Weiche somit aufgefahren werden, ohne dass über eine mechani sche Kopplung andere Teile des Weichenantriebs 1 Schaden nehmen .
In den Figuren 4 und 5 ist dargestellt , dass das freie Ende FRB der Biegefeder BF mit einer Rolle RL versehen werden kann, um bei einem Auf fahren sowohl einem Herauslösen der Biegefeder BF aus der Vertiefung VT ( Zustand b gemäß Figur 3 ) als auch beim Rutschen der Biegefeder BF auf der Oberseite OS des Stellschiebers 14 ( Zustand c gemäß Figur 3 ) die auf tretende Reibung zu verhindern . Zum besseren Verständnis ist das freie Ende FRB der Biegefeder BF geschnitten dargestellt , sodass man die Rollen RL mit ihrer Lagerung LG erkennen kann .
Figur 4 und Figur 5 unterscheiden sich darin, dass Figur 4 zwei Rollen RL j eweils an den senkrecht zur lateralen Richtung stehenden Kanten der Biegefeder angeordnet sind, wobei j e nach Auf f ahrrichtung die eine oder die andere der Rollen zum Einsatz kommt . In Figur 5 ist eine zentrale Rolle angeordnet , die genügend groß ist , dass diese sowohl ein Auf fahren in die eine als auch ein Auf fahren in die andere Richtung unterstützt . Die Vertiefung VT ist dementsprechend an die Rolle RL angepasst .
Die Figur 6 zeigt den Weichenantrieb 1 mit einer aus einem Antiebsmodul AM und einem Stellmodul SM bestehenden Stellvorrichtung AMSM in einer ersten Antriebsendlage , aus der er in eine zweite Antriebsendlage überführbar ist . Der erfindungsgemäße Weichenantrieb 1 kann rechts oder links von einer Weiche an einem Gleis positioniert sein und ist zum Anschluss an hin und her zu bewegende bewegliche Weichenteile , nämlich sowohl Weichenzungen als auch eines bewegl ichen Herzstücks geeignet ( der erfindungsgemäße Auf f ahrmechanismus funktionier j edoch nur bei einer Montage an Weichenzungen) . Im Folgenden sei daher angenommen, dass der Weichenantrieb 1 an zwei Weichenzungen einer Weiche angeschlossen ist ( siehe Figur 1 ) .
Ein Antriebsgehäuse 2 dieses Weichenantriebs 1 besteht aus einer vorzugsweise metallischen Gehäusewanne 3 und einem hier nicht dargestellten, trittfesten und trittsicheren Deckel , die beide gemeinsam wesentliche Teile des Weichenantriebs aufnehmen . Ein beispielsweise als Drehstrommotor ausgeführter Antriebsmotor 4 eines Antriebsmoduls AM bewegt über eine Getriebestufe 5 mit einem Ritzel , einem Zwischenrad und einem Großrad oder einem Kettenantrieb (beides nicht näher dargestellt ) einen Kugelgewindetrieb 8 . Dieser Kugelgewindetrieb 8 besteht aus einer Spindel 7 , einer auf der Spindel 7 geführten Spindelmutter und einer die Spindelmutter umfassenden einstellbaren Stellkraf tkupplung 6 . Die Stellkraf tkupplung 6 wirkt auf einen Auf f ahrmechanismus 9 ( auch Festhaltekupplungsvorrichtung genannt ) eines Stellmoduls SM . Der Auf f ahrmechanismus 9 umfasst ein Kupplungsgehäuse 10 und eine einstellbare Festhaltekupplung 11 , die das erfindungsgemäße Federelement aufnimmt .
Beim Anlaufen des Antriebsmotors 4 bewegt sich die die Spindelmutter umfassende , drehsicher längsgeführte Stellkraf tkupplung 8 aus der dargestellten ersten Endlage , bei der sie an einem Anschlag 12 des Kupplungsgehäuses 10 anliegt , über einen Leerweg in einer Stellrichtung RI auf der Spindel 7 , bis sie an einem Anschlag 13 des Kupplungsgehäuses 10 des Stellmoduls SM ankommt . Dieses Kupplungsgehäuse 10 ist baulich vereinigt mit der einstellbaren Festhaltekupplung 11 des Auf f ahrmechanismus 9 .
Die Festhaltekupplung 11 ist über die Rastung RT (vgl . Figuren 3 bis 5 ) formschlüssig mit einem Stellschieber 14 des Weichenantriebs 1 verbunden . Bis zum Anschlägen der
Stellkraf tkupplung 6 gegen den Anschlag 13 des Kupplungsgehäuses 10 wird dieses aus der dargestellten ersten Endlage nach links in Stellrichtung RI mitgenommen und bewegt dabei über die Festhaltekupplung 11 den Stellschieber 14 aus der dargestellten ersten Endlage , in der sich der Stellschieber weitgehend im Antriebsgehäuse 2 befindet , in eine zweite Endlage , in der er am weitesten aus dem Antriebsgehäuse ausgefahren ist . Hier nicht dargestellt , sind an das Ende des Stellschiebers 14 über einen Außenverschluss die in Stellrichtung RI bzw . R2 hin und her zu bewegenden Weichenzungen WZ I , WZA (vergleiche Figur 1 ) angeschlossen .
Beim Rücklauf des Weichenantriebs 1 in die in der Figur 6 gezeigte erste Antriebslage durchläuft die Stellkraf tkupplung 6 zunächst den freien Raum ( Leerweg) zwischen den Anschlägen 13 und 12 des Kupplungsgehäuses 10 und nimmt dabei bis zum Anschlag 12 den Stellschieber 14 über das Kupplungsgehäuse 10 und die Festhaltekupplung 11 mit . Die j eweils erreichte Endlage des Stellschiebers 14 und die j eweilige Lage der vom Stellschieber 14 gesteuerten beweglichen Weichenzungen werden im Weichenantrieb 1 überwacht und an eine Steuerstelle gemeldet . Wie die Überwachung im Einzelnen erfolgt , wird später erläutert .
Die Festhaltekupplung 11 ist dazu ausgelegt , den Weichenantrieb 1 bei einem Auf fahren der Weiche vor Beschädigungen zu schützen . Die Festhaltekupplung 11 spricht dann an und gibt den Stellschieber 14 frei , wenn die Weiche aufgefahren wird und dabei hohe Kräfte von außen her in den Weichenantrieb 1 hineingetragen werden . Auf den Vorgang des Auf fahrens einer Weiche wird später noch näher eingegangen . Der Stellschieber 14 wird in seinen beiden Endlagen kraft- und formschlüssig festgelegt . Hierzu dienen ein erster Sperrschieber 15 und ein zweiter Sperrschieber 16 einer als Ganzes mit SPV bezeichneten Sperrvorrichtung, wobei der erste Sperrschieber 15 in eine - hier nicht gezeigte - entsprechende erste Ausnehmung des Stellschiebers 14 einfallen kann und wobei der zweite Sperrschieber 16 in eine - hier ebenfalls nicht gezeigte - entsprechende zweite Ausnehmung des Stellschiebers 14 einfallen kann . Dies geschieht unter der Einwirkung von Federvorrichtungen, welche j eweils von zwei Schraubenfedern gebildet sind (nicht dargestellt ) .
In der in Figur 6 dargestellten ersten Antriebsendlage des Weichenantriebs 1 ist der Sperrschieber 15 unter der Einwirkung der Schraubenfedern der Federvorrichtung in die nicht gezeigte erste Ausnehmung des Stellschiebers 14 eingefallen . Dabei hatte ein nicht dargestellter erster Antriebskontakt seine Schaltstellung geändert und den Speisestromkreis für den Antriebsmotor 4 unterbrochen . Wenn der Weichenantrieb 1 in die zweite Antriebsendlage umgesteuert wird, wobei der Sperrschieber 15 aus der ersten Ausnehmung des Stellschiebers 14 ausgerückt wird und der erste Antriebskontakt wieder umgesteuert wird, fällt der Sperrschieber 16 in die ihm zugeordnete , ebenfalls nicht gezeigte zweite Ausnehmung des Stellschiebers 14 ein, sobald diese Ausnehmung mit der Längsachse des Sperrschiebers 16 fluchtet . Dabei wechselt dann ein dem ersten Antriebskontakt entsprechender zweiter Antriebskontakt , der vom Sperrschieber 16 gesteuert wird, seine Lage und unterbricht seinerseits den Speisestromkreis für den Antriebsmotor 4 . Da hierdurch der Stellweg des Stell fiebers 14 eindeutig begrenzt ist , kann eine Stellbewegung durchgeführt werden, um nach einem Auf fahren (hierzu im Folgenden mehr ) der Weiche und den damit verbundenen Lösung der Festhaltekupplung 11 wieder eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Auf f ahrmechanismus und dem Stellschieber 14 herzustellen . Dies wird dadurch erreicht , dass die Festhaltekupplung 11 in j edem Fall wieder geschlossen wird, wenn des Auf f ahrmechanismus 9 den gesamten durch die Anschläge 12 und 13 begrenzten Stellweg durchläuft , und dabei die Vertiefung VT passiert . Neben dem Stellschieber 14 zum Hin- und Herbewegen der Weichenzungen besitzt der erfindungsgemäße Weichenantrieb 1 noch eine Prüfschieberanordnung 21 mit zwei Prüf Schiebern . Einer der beiden Prüfschieber ist in der Figur 1 sichtbar und mit dem Bezugs zeichen 22 bezeichnet . Er ist - hier nicht gezeigt - an die anliegende Weichenzunge der nicht gezeigten Weiche angelenkt (vgl . Fig . 1 ) . Der andere der beiden Prüfschieber ist darunter angeordnet und daher nicht sichtbar . Er ist - hier ebenfalls nicht gezeigt - an die abliegende Weichenzunge der Weiche angelenkt . Die beiden Prüfschieber 22 dienen dazu, die tatsächliche Lage der vom Stellschieber 14 gesteuerten Weichenzungen an den Weichenantrieb 1 zurückzumelden . Auf diese Weise soll der Bruch des Stellschiebers 14 , die nicht mehr vorhandene Anlenkung des Stellschiebers 14 an die Weichenzungen oder der Bruch der Weichenzungen selbst erkannt werden . Zu diesem Zweck sind die Prüferschieber 22 gelenkig mit j eweils einer der zu bewegenden Weichenzungen der Außenanlage verbunden . Sie werden ähnlich wie der Stellschieber 14 im Antriebsgehäuse 2 hin und her bewegt, allerdings nicht angetrieben vom Antriebsmotor 4 wie der Stellschieber 14 , sondern angetrieben von der j eweils zu überwachenden Weichenzunge .
Das Antriebsgehäuse 2 hat links und rechts vom Stellschieber 14 j eweils einen vorbereiteten Bauraum für die Prüfschieberanordnung 21 . Der Einbau der Prüfschieberanordnung 21 in einem der vorbereiteten Bauräume erfolgt in Abhängigkeit von der Lage des Weichenantriebs 1 zur Weiche . Die Prüfschieberanordnung 21 ist auf der Seite des Stellschiebers 14 einzubauen, die den Zungenspitzen der Weichenzungen zugewandt ist .
In der in Figur 6 dargestellten Antriebsendlage ist angenommen, dass nicht nur der Stellschieber 14 in vorgegebener Weise in die erste seiner Endlagen gelangt ist , sondern dass auch die von ihm bewegten Weichenzungen ihre erste vorgegebene Endlage einnehmen . Wenn dies so ist , befindet sich der an die anliegende Weichenzunge angelenkte eine Prüferschieber 22 in einer ersten Endlage als auch der an die abliegende Weichenzunge angelenkte andere Prüfschieber in einer ersten Endlage . In der in Figur sechs nicht dargestellten Antriebs Endlage ( andere Weichenstellung) ergibt sich eine analoge Konfiguration . Wird die Weiche auf gefahrenen, weichen die durch die Prüfschieber 22 gemeldeten Positionen von der der augenblicklichen Weichenstellung zugehörigen Sollposition ab . Hierdurch kann ein Auf fahren der Weiche detektiert werden . Dies kann eine Fehlermeldung erzeugen, sodass Wartungsmaßnahmen und Sicherungsmaßnahmen zur Vermeidung von Unfällen für die Weiche eingeleitet werden können . Nach der Wartung der Weiche , die auch das oben beschriebene Schließen der Festhaltekupplung 11 beinhaltet , kann die Weiche unter der Voraussetzung, dass keine Beschädigung erfolgt ist , wieder für den Betrieb freigegeben werden .
Beim Auf fahren der durch den Weichenantrieb 1 gesteuerten Weiche (nur möglich bei der Steuerung von Weichenzungen, nicht möglich bei der Steuerung eines Herzstückes ) werden nach dem Lösen eines Weichenverschlusses von der Weichenseite her über den Stellschieber 14 erhebliche Kräfte in den Weichenantrieb 1 eingeleitet . Sobald dabei die Festhaltekraft der Festhaltekupplung 11 überschritten wird, setzt sich der Stellschieber 14 unter der Einwirkung der von außen auf ihn einwirkenden Kraft in die eine oder andere Richtung in Bewegung, in der vorliegenden Darstellung der Figur 6 nach links . Dabei wird das Federelement FE aus der Vertiefung VT des Stellschiebers ausgerückt .
In Figur 6 ist eine alternative Ausgestaltung der Festhaltekupplung im Vergleich zu der in Figur 2 dargestellten geometrischen Gestalt des Federelements FE dargestellt . Das Federelement FE gemäß Figur 6 weist eine T- förmige Gestalt auf , wobei man gemäß Figur 6 sozusagen von oben auf das T guckt . Die Torsions feder TF sowie eine weitere Torsions feder WTF bilden den Querbalken des T , der im oberen Bereich des rohrförmigen Kupplungsgehäuses 10 am Rand fest eingespannt ist . In der Mitte ist die Biegefeder BF j eweils an den beiden zur Mitte hin zeigenden Koppelenden der Torsions feder TF und der weiteren Torsions feder WTF befestigt und ragt in der dargestellten Perspektive nach unten, wo das freie Ende der Biegefeder BF in der zu den Figuren 3 bis 5 beschriebenen Weise in eine Vertiefung des Stellschiebers 14 eingrei ft . Bezugs zeichenliste
AM Antriebsmodul
SM Stellmodul
AMSM Stellvorrichtung
RT Rastung
WZ I innere Weichenzunge
WZA äußere Weichenzunge
RDL Radlenker
FE Federelement
TF Torsions feder
WTF weitere Torsions feder
BF Biegefeder
SN Schiene
LR laterale Richtung
FW1 ... FW2 Fahrweg
AFR1 ... AFR2 Auf fahr richt ung
HZ Herzstück
SP Spiel
RL Rolle
LG Lagerung
FRB freies Ende Biegefeder
FTT festes Ende Torsions feder
KPT Koppelende Torsions feder
KPB Koppelende Biegefeder
KPS Koppelstelle
HT Halterung
OS Oberseite
VT Vertiefung
F Auf fahrkraft v Verschiebung der Biegefeder auf Grund von F x resultierende Verschiebung in Richtung von F y resultierende Verschiebung senkrecht zu F a Torsionswinkel in Richtung von F ß Torsionswinkel ( entgegengesetzte Richtung)
Y rechter Winkel zwischen Torsions feder und
Biegefeder 5 rechter Winkel zwischen Biegefeder und
Stellschieber
BL Biegelinie der Biegefeder
1 Weichenantrieb
2 Antriebsgehäuse des Weichenantriebs 1
3 Gehäusewanne des Antriebsgehäuses 2
4 Elektromotor
5 Getriebestufe
6 Kugelgewindetrieb
7 Spindel
8 Stellkraf tkupplung
9 Festhaltekupplungsvorrichtung
10 Kupplungsgehäuses der Festhaltekupplungsvorrichtung 9
11 Festhaltekupplung der Festhaltekupplungsvorrichtung 9
12 , 13 Anschläge des Kupplungsgehäuses 10 für die
Stellkraf tkupplung 8
14 Stellschieber
15 , 16 Sperrschieber
17 , 18 Federvorrichtungen mit j eweils zwei
Schrauben federn
19 , 20 Führungsbol zen
21 Prüfschieberanordnung mit zwei Prüf Schiebern
22 Prüfschieber der Prüfschieberanordnung

Claims

Patentansprüche
1. Weiche mit einer Stellvorrichtung (AMSM) , welche eingerichtet ist, mit einem Antrieb über einen Stellschieber (14) die Weiche zu stellen, wobei die Weiche einen Auf f ahrmechanismus mit einer mechanischen Kupplung und einem Federelement (FE) aufweist, wobei
• die Kupplung eingerichtet ist, den Antrieb von dem Stellschieber (14) zu entkoppeln, wenn der Stellschieber (14) beim Auffahren eine Sollposition verlässt,
• das Federelement (FE) eingerichtet ist, den Antrieb mit dem Stellschieber (14) zu koppeln, wenn der Stellschieber (14) sich in der Sollposition befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (FE) aus einer Baueinheit oder einer Baugruppe besteht, aufweisend eine Torsionsfeder (TF) und eine Biegefeder (BF) , wobei die Torsionsfeder (TF) und die Biegefeder (BF) mechanisch drehstarr miteinander gekoppelt sind, derart, dass ein Drehmoment auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder (BF) senkrecht zur Drehachse der Rotationsfeder zwischen der Rotationsfeder und der Biegefeder (BF) übertragen wird .
2. Weiche nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (BF) mit einem freien Ende derart mit dem Stellschieber (14) gekoppelt ist, dass eine Verschiebung des Stellschiebers (14) beim Auffahren die Biegefeder (BF) verbiegt.
3. Weiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung durch einen Formschluss zwischen dem freien Ende der Biegefeder (BF) und dem Stellschieber (14) gebildet ist .
4. Weiche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Biegefeder (BF) in eine Vertiefung (VT) im Stellschieber (14) eingreift.
5. Weiche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Biegefeder (BF) in der Vertiefung (VT) Spiel (SP) aufweist.
6. Weiche nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Biegefeder (BF) mindestens eine Rolle (RL) angebracht ist, welche dazu eingerichtet ist, sich beim Auffahren der Weiche auf der Biegefeder (BF) abzustützen.
7. Weiche nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (TF) als Torsionsstab ausgeführt ist.
8. Weiche nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (TF) mit einem festen Ende drehstarr in einer Halterung (HT) der Stellvorrichtung (AMSM) , insbesondere des Antriebs, gehalten ist.
9. Weiche nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (TF) mit einem Koppelende drehstarr an ein Koppelende der Biegefeder (BF) unter Ausbildung einer Koppelstelle (KPS) angebunden ist.
10. Weiche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gegenüberliegenden Seite der Biegefeder (BF) eine weitere Torsionsfeder (WTF) angebunden ist, die mit der Torsionsfeder (TF) auf ein und derselben Torsionsachse liegt.
11. Weiche nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (BF) und die Torsionsfeder (TF) im entspannten Zustand die Schenkel eines rechten Winkels in der Koppelstelle (KPS) ausbilden.
12. Weiche nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (BF) und der Stellschieber (14) im nicht auf gefahrenen Zustand der Weiche die Schenkel eines rechten Winkels bilden.
13. Stellvorrichtung (AMSM) für eine Weiche, aufweisend einen Antrieb und ein Federelement (FE) , wobei die Stellvorrichtung (AMSM) eingerichtet ist, in eine Weiche gemäß einem der voranstehenden Ansprüche eingebaut zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (FE) aus einer Baueinheit oder einer Baugruppe besteht, aufweisend eine Torsionsfeder (TF) und eine Biegefeder (BF) , wobei die Torsionsfeder (TF) und die Biegefeder (BF) mechanisch drehstarr miteinander gekoppelt sind, derart, dass ein Drehmoment auf Grund einer Krafteinleitung in die Biegefeder (BF) senkrecht zur Drehachse der Rotationsfeder, zwischen der Rotationsfeder und der Biegefeder (BF) übertragen wird .
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