EP4617141A1 - Weichenantriebseinrichtung und verfahren zum umstellen einer eisenbahnweiche - Google Patents

Weichenantriebseinrichtung und verfahren zum umstellen einer eisenbahnweiche

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Publication number
EP4617141A1
EP4617141A1 EP24163877.4A EP24163877A EP4617141A1 EP 4617141 A1 EP4617141 A1 EP 4617141A1 EP 24163877 A EP24163877 A EP 24163877A EP 4617141 A1 EP4617141 A1 EP 4617141A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
drive
motor
drive device
motor controller
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.)
Pending
Application number
EP24163877.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René BEDEWITZ
Kay Köster
Holger QUIEL
Elias Rintsch
Martin Tietz
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
Priority to EP24163877.4A priority Critical patent/EP4617141A1/de
Publication of EP4617141A1 publication Critical patent/EP4617141A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B61L5/06—Electric devices for operating points or scotch-blocks, e.g. using electromotive driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the invention relates to a switch drive device for switching a railway switch, with at least one adjusting slide for connection to at least one movable part of the railway switch, such as a switch tongue, and with at least one drive motor connected to the adjusting slide, which is designed to move the adjusting slide.
  • the invention relates to a method for switching a railway switch, in which a control slide is moved by means of a drive motor.
  • Point operating devices or point machines for short, are used to switch railway points in railway systems.
  • the control slide of the point operating device is moved, thereby switching, for example, one or two switch blades of the railway point connected to the control slide.
  • a control force acts on the respective switch blade and a connecting rod.
  • limiting the control force is advantageous and generally common practice.
  • a point operating device must meet high quality standards and operate reliably. Due to the large number of structurally required components, which are subject to wear and require at least some maintenance, the costs for the acquisition and operation of known point operating devices are considerable.
  • the control slide of the point operating device is designed to be connected to a movable part of the railway point. Such movable parts can be the switch blades mentioned above or, alternatively, for example, a movable frog.
  • the object for the switch drive device mentioned at the outset is achieved in that the switch drive device comprises at least one motor controller connected to the drive motor and controlling the drive motor, by means of which a maximum torque of the drive motor and thus a maximum actuating force of the control slide is adjustable.
  • the object is achieved according to the invention in that a maximum torque of the drive motor and thus a maximum actuating force of the control slide is set by means of a motor controller connected to the drive motor.
  • the solution according to the invention has the advantage that the actuating force of the point drive device can be easily adjusted by limiting the torque of the drive motor.
  • the torque of the drive motor is electrically adjusted and upper limited via the motor controller according to the invention.
  • the motor controller can be parameterized, for example, via its software so that the torque of the drive motor is adjusted via the electrical control of the motor controller.
  • Limiting the torque of the drive motor also limits the resulting actuating force of the control slide. This eliminates the need for a mechanical limitation of the actuating force within the point drive device, for example, by means of an actuating force coupling in the drive train.
  • the point drive device according to the invention can thus be designed with a simpler construction than known point drive devices.
  • the motor controller which is lightweight and now inexpensive compared to the mechanical actuating force coupling, implements the limitation of the maximum actuating force of the point drive device according to the invention. Bending of the switch tongue or other components in the drive train of the railway switch can be prevented because excessive actuating force of the control slide is excluded.
  • the railway switch When commissioning the switch drive device according to the invention, the railway switch can be adjusted very quickly and thus time-savingly using the motor controller, so that commissioning costs can be reduced.
  • the elimination of the adjustment of the mechanical actuating force coupling during assembly reduces the necessary adjustment and testing times.
  • the motor controller can be used to parameterize the maximum torque of the drive motor differently depending on the application, so that a single variant of the point drive device according to the invention can implement a very large number of applications. This reduces the number of variants required by the manufacturer and also reduces the spare parts inventory for the operator of the railway system. Furthermore, the size or volume and thus also the weight of the point drive device can be reduced because fewer mechanical components are required. This naturally also reduces the manufacturing effort and thus the production costs of the point drive device according to the invention.
  • the motor controller can be very easily configured via its software during commissioning, thus reducing the time required for commissioning. Since changing the parameterized values of the motor controller during operation of the point drive device is impossible, the reliability of the point drive device according to the invention during operation is increased.
  • the motor controller can be designed, in particular, to limit the power of the drive motor. This has the advantage that the torque of the drive motor can be very easily controlled and adjusted via the power limitation.
  • the switch drive device can be used for moving moving parts of railway switches, such as switch blades or movable frogs. Furthermore, the switch drive device can also be used in derailment devices, in which moving parts also need to be moved.
  • the drive motor can be designed as a brushless DC motor.
  • DC motors with brush-based power transmission via carbon brushes are often subject to wear. Therefore, the brushless DC motor with a rotating field offers a very good option for eliminating this wear and providing a maintenance-free drive motor over its entire service life.
  • other DC or AC motors can of course also be used according to the invention, such as the aforementioned brush-based DC motor.
  • the switch drive device can comprise at least one ball screw drive arranged in the drive train between the drive motor and the control slide, and the drive motor can be coupled essentially directly to a threaded spindle of the ball screw drive.
  • This has the advantage that no transmission, such as a chain drive or gear drive, is required between the drive motor and the threaded spindle, thus further reducing the number of components and simplifying the design.
  • the motor controller can be configured to change the speed of the drive motor.
  • a minimum and maximum switching time must be observed. These switching times can vary depending on environmental influences, such as temperature.
  • the starting times of the individual switch drive units must be adapted to the design of the railway switch in relation to the fixed switching times of the switch drive units. This minimizes or prevents bending of the switch tongue.
  • the speed of the drive motor can be adjusted very easily. This is a major advantage over the previous state of the art.
  • the motor controller can be configured to count the number of switch rotations.
  • the number of switch rotations for example, is a maintenance criterion and must therefore be recorded.
  • the motor controller can be designed so that the drive motor rotates at different speeds during one revolution of the railway switch, in particular according to a predetermined speed curve. In this way, a changeover curve or a course of the speed curve can be controlled.
  • This has the advantage that the operation of the switch drive device can be carried out in a more material-saving and time-saving manner.
  • the changeover between the two switch positions is referred to as the changeover of the railway switch, i.e., the movement of the switch blades between the two end positions in contact with the stock rails. Due to the free programmability and parameterization of the motor controller, any movement curves can be implemented for the switch drive device during the revolution. These can be easily adapted and updated even after commissioning, for example, during maintenance.
  • the switch blades When changing the railway switch, the switch blades are moved against the stock rails. In the prior art, this results in an abrupt interruption of the linear movement. This sudden interruption of the linear movement also affects the point drive device, which may be subjected to high mechanical stress and can have a negative impact. With the solution according to the invention in this embodiment, this mechanical stress is avoided.
  • the switching of the railway point can be implemented in a distance- and/or time-controlled manner. The distance control can be determined via the counted revolutions of the drive motor and the conversion ratio resulting for the linear movement.
  • the point drive device according to the invention therefore no longer moves abruptly to an end position, but can reduce the speed of the switching or the rotational speed even before the end position is reached. This enables a smooth approach of the point blades to the stock rails.
  • the motor controller can be designed to determine voltage values, current consumption values and/or speed values of the drive motor, in particular during a rotation of the railway switch.
  • a diagnostic function for example, for power consumption
  • the diagnostic capability enabled by this design directly in the switch drive system is very advantageous. Current and voltage can be evaluated directly in the motor controller and, if necessary, forwarded directly, for example, to a diagnostic center of the railway system. The associated speed can also be converted into power consumption.
  • the motor controller can be designed to move the drive motor to predetermined positions, with the predetermined positions representing the end positions of the control slide. This has the advantage that mechanical or electrical end stops can be dispensed with in the switch drive device according to the invention. This further reduces component costs. Furthermore, the end positions can be moved to smoothly and with less wear on the material, thus reducing wear on the switch drive device.
  • the point drive device can comprise at least one monitoring device, and the monitoring device can be connected to the motor controller.
  • the monitoring device can, for example, comprise a limit switch or limit sensor, which detects, for example, the end position of a test slide.
  • the monitoring device is wired up to the control element in the interlocking system and detected there. With this embodiment of the invention, this control task can be performed directly in the point drive device, so that no additional cabling to the interlocking system is necessary.
  • the motor controller can be designed for both DC and AC voltage supply.
  • the motor controller can have at least one maintenance interface by means of which a software of the motor controller can be parameterized.
  • the motor controller can have at least one communication interface by means of which communication during operation, in particular of diagnostic data and/or Control signals.
  • diagnostic data can be transmitted directly from the switch machine to a higher-level diagnostic center.
  • diagnostic data transmission from the switch was generally not possible; it could only take place in the interlocking system.
  • the communication interface offers new possibilities for data transmission.
  • the motor controller can comprise at least one diagnostic device configured to process operating values of the drive motor and/or sensor values from a sensor device.
  • the diagnostic device can, for example, record or process the aforementioned operating values of the drive motor, such as voltage values, current consumption values, and/or speed values, in order to derive a diagnosis for the condition of the switch drive device or the railway switch.
  • Sensor values from the sensor device such as temperature, humidity, and/or air pressure, can also be taken into account.
  • the motor controller can be configured to change the maximum torque of the drive motor, taking into account the operating values and/or sensor values processed by the diagnostic device. For example, the condition determined by the diagnostic device can lead to an increase in the maximum torque.
  • the integrated diagnostic device allows the control of the drive motor to be adjusted immediately. This is particularly advantageous.
  • the diagnostic device is preferably implemented within the software of the motor controller.
  • the invention also relates to a railway switch for a railway system with at least one switch drive device for switching the railway switch.
  • the switch drive device is designed according to one of the aforementioned embodiments.
  • a railway switch 1 is part of a railway system (not shown in detail) and comprises a switch drive device 2, stock rails 3, and switch blades 4.
  • the switch drive device 2 moves the switch blades 4 back and forth between the stock rails 3 by means of a driven control slide 5.
  • the railway switch 1 comprises two test slides 6, which are connected to one of the two switch blades 4 independently of the control slide 5.
  • the control slide 5 of the switch drive device 2 can generally be connected to a movable part of the railway switch 1.
  • the movable part could, in another embodiment, also be a movable frog or a derailment device.
  • the railway system also comprises at least one signal box 16, which controls the switch drive device 2.
  • the switch drive device 2 according to the invention, which is described in detail in Figure 1 is described below.
  • the switch drive device 2 comprises a drive motor 7, a motor controller 8, a drive gear 9, a ball screw drive 10, a driver device 11, several control slides 12, limit switches 13 and the previously mentioned control slides 5 and test slides 6.
  • the adjusting slide 5 and the test slide 6 are each relatively short and are each connected with extension rods up to extended to switch tongues 4. In Figure 2 This is not shown further, as it is irrelevant for the function of railway switch 1.
  • the drive force is Figure 1 from the drive motor 7 via the drive gear 9, the ball screw 10 and the driver device 11 to the adjusting slide 5.
  • a rotational movement executed by the drive motor 7 is transmitted via the drive gear 9 to the ball screw 10, which converts it into a linear movement and transmits this via the driver device 11 to the control slide 5.
  • the drive gear 9 can, for example, be designed as a chain drive or gear drive, which transmits the rotational movement to a spindle 14 of the ball screw 10.
  • the ball screw 10 comprises, as usual, in addition to the spindle 14, a nut 15.
  • the spindle 14 is mounted laterally so that, in a known manner, its rotational movement is converted into a linear movement of the nut 15 connected to the driver device 11.
  • the driver device 11 serves to transmit the linear movement from the nut 15 to the control slide 5.
  • the transmission of the drive energy of the drive motor 7 to the control slide 5 is to be regarded here merely as an example and could of course also take place via other gear constellations in the drive train between the drive motor 7 and the control slide 5.
  • the drive motor 7 is controlled by the motor controller 8, which are electrically connected to each other.
  • the motor controller 8 is connected to a power source (not shown) for the switch drive device 2.
  • the power supply can provide a direct current or an alternating current, whereby in the exemplary embodiment in the Figures 1 and 2 a direct current is supplied.
  • the current is provided in particular by the signal box 16, which represents the control part of the switch drive device 2.
  • the drive motor 7 is in the exemplary embodiment in the Figures 1 and 2 It is designed as a brushless DC motor that generates a rotating field instead of transmitting current via carbon brushes. This has the advantage that, without carbon brushes, there is less wear on the drive motor and it therefore requires less maintenance. Alternatively, other DC or AC motors can also be used as the drive motor.
  • the motor controller 8 controls the drive motor 7 via the connecting cable 17 shown as an example. Additional cables may also be present.
  • the motor controller 8 regulates both the speed and position as well as the power and thus the torque of the drive motor 7.
  • the maximum torque of the drive motor 7 can be set and limited via corresponding parameters in the software of the motor controller 8.
  • the motor controller 8 thus represents an electrical actuating force coupling, since the motor controller 8 limits the actuating force of the control slide 5 on the switch tongue 4 and the entire railway switch 1. Previous mechanical actuating force couplings in the drive train of the switch drive devices, which were common in the prior art, are thus superfluous with the switch drive device according to the invention.
  • the switch drive device according to the invention can be adjusted and tested particularly quickly during assembly because adjustment of the previously necessary mechanical actuating force coupling is no longer necessary. Furthermore, the switch drive device 2 according to the invention is characterized by its lower weight compared to prior art arrangements, since the mechanical actuating force coupling is omitted.
  • the motor controller 8 further regulates the current speed of the drive motor 7 when switching the railway switch 1.
  • This speed control enables the motor controller 8 to adjust the switching speed of the railway switch 1.
  • the switch drive device 2 comprises, in the exemplary embodiment in Figure 1 a sensor device 18, which is connected to the motor controller 8 and through which a temperature or air pressure measurement is carried out and corresponding values are transmitted to the motor controller 8.
  • the switch drive device 2 according to the invention can, of course, also be designed without a sensor device 18.
  • the sensor device 18 can also be connected to a diagnostic device 22 of the motor controller 8, which is described in more detail below.
  • the position of the drive motor 7 is also continuously monitored by the motor controller 8 according to the invention.
  • a movement of the control slide 5 caused by the drive motor 8 can also be monitored. This is done by counting and recording the rotations of the drive motor 7.
  • the drive motor 7 comprises, for example, an incremental encoder that continuously reports the position of the drive motor 7 back to the motor controller 8.
  • the switch drive device 2 according to the invention to move the control slide 5 to predetermined positions, which can also be end positions. When approaching the end positions, a movement curve can also be followed, allowing the system to move slowly to the end positions, for example.
  • the movement can also be time-controlled, or a time control can be integrated. This allows for a smooth start-up the switch tongues 4 against the stock rails 3 by the switch drive device 2 reducing the speed of the changeover before the end position is reached.
  • the speed of the drive motor 7 can be very easily adjusted. This allows the switch drive device 2 to be very easily parameterized and adjusted during commissioning.
  • the motor controller 8 is designed such that the drive motor 7 rotates at different speeds during one revolution of the railway switch 1, in particular according to a predetermined speed curve, e.g., corresponding to the above-mentioned movement curve. This allows a changeover curve or a course of the speed curve to be regulated. This has the advantage that the operation of the switch drive device 2 can be carried out in a more material-saving and time-saving manner. Due to the free programmability and parameterization of the motor controller 8, any movement curves for the switch drive device 2 can be realized.
  • a diagnosis of the state of the switch drive device 2 and also of the railway switch 1 is also possible by the motor controller 8 according to the invention.
  • the motor controller 8 in the exemplary embodiment in Figure 1 the diagnostic device 22.
  • the motor controller 8 determines parameters such as voltage, current consumption and speed, which are evaluated in the diagnostic device 22 and from which, for example, a power curve of the drive motor 7 is determined, which can be used for diagnosis.
  • the determined current and voltage values can be evaluated directly in the motor controller 8 using the diagnostic device 22.
  • the diagnostic device can also process the sensor data from the sensor device 18 for diagnosis. If the diagnostic device 22 has determined incipient wear from the values, for example from a changed power curve, this can be directly implemented in the motor controller 8 to increase the maximum torque of the drive motor 7. This increase can, for example, counteract the incipient wear.
  • maintenance can of course also be planned or requested based on the diagnosis.
  • the motor controller 8 comprises a communication interface 19, by means of which the diagnostic data is transmitted, for example, to the interlocking system 16.
  • the communication interface 19 can be designed, for example, as an Ethernet interface or as a wireless radio interface, which transmits the diagnostic data wirelessly to the interlocking system 16.
  • the diagnostic data can also be transmitted to another location, such as a diagnostic center or a control center 24, where it can be evaluated and used, for example, for predictive maintenance.
  • the motor controller 8 comprises Figure 1 also a maintenance interface 20, by means of which the software of the motor controller 8 can be parameterized, for example, during commissioning.
  • the motor controller 8 is also designed to count the number of switches of the railway switch 1. The number of switch revolutions is, for example, a criterion for maintenance and it is therefore advantageous to record and transmit this information.
  • the switch drive device 2 has the advantage that it operates essentially maintenance-free, since the maintenance-intensive actuating force coupling required in the prior art is no longer required. Furthermore, the Figure 1 used brushless DC motor as drive motor 7 maintenance-free.
  • the switch drive device 2 also comprises a housing 21 in which the components are arranged.
  • the various locking slides 12 of the switch drive device 2 serve in particular to control predetermined positions of the control slide 5 and the test slide 6, e.g. their end positions.
  • the switch drive device 2 has several limit switches 13 for querying these predetermined positions.
  • These limit switches 13 are directly connected to the motor controller 8, in particular to a control device 23, for signaling purposes.
  • the control device 23 of the motor controller 8 is designed for additional control tasks in addition to controlling the drive motor 7.
  • the electrical signals of the limit switches 13 can be processed by the control device 23 of the motor controller 8. This has the advantage that the determined predetermined positions of the control slide 5 or test slide 6 are stored directly in the motor controller. 8 can be checked and, if necessary, immediate action can be taken.
  • the signals can also be used to control the drive motor 7. This eliminates the need to transmit signals to a remote location such as the signal box 16, thus saving time and material. If, for example, a signal from a limit switch 13 is missing and a predetermined position is therefore not reached, the motor controller 8 can, for example, report a fault and stop the drive motor 7.
  • control device 23 and the diagnostic device 22 are in the embodiment in Figure 1 both are designed within the software of the motor controller 8.
  • the implementation of the motor controller 8 enables, on the one hand, improved control or regulation of the drive motor 7.
  • the motor controller 8 can also perform other tasks, for example, the above-described diagnostic data acquisition by the diagnostic device 22 or signal evaluation by the control device 23.
  • the motor controller 8 has at least one microcontroller (not shown) that carries out these tasks using appropriately programmed software.
  • the motor controller 8 also enables independent adjustment of the operating parameters of the drive motor 7, for example, in response to the evaluation by the diagnostic device 22, as described above. If, for example, the sensor device 18 detects a temperature below a limit value, the motor controller 8 can increase the power and thus the torque of the drive motor 7.
  • the reduced temperature can lead to stiffness of the drive motor 7 and possibly also of other components such as the ball screw 10. The increase in torque can counteract this.
  • the switch drive arrangement 2 in Figure 3 comprises a drive motor 7 mounted essentially directly on the spindle 15 of the ball screw 10. This has the advantage that no drive gear 9 is required as in the embodiment to Figure 1 This makes the design in Figure 3 structurally simpler and with less mass and can possibly be manufactured more quickly and cost-effectively.

Landscapes

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine
Weichenantriebseinrichtung (2) zum Umstellen einer Eisenbahnweiche (1),
mit wenigstens einem Stellschieber (5) zum Verbinden mit wenigstens einem beweglichen Teil der Eisenbahnweiche (1), wie beispielsweise einer Weichenzunge (4), und
mit wenigstens einem mit dem Stellschieber (5) verbundenen Antriebsmotor (7), der zum Bewegen des Stellschiebers (5) ausgebildet ist.
Um die Weichenantriebseinrichtung (2) zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Weichenantriebseinrichtung (2) wenigstens einen mit dem Antriebsmotor (7) verbundenen und den Antriebsmotor (7) steuernden Motor-Controller (8) umfasst, mittels dem ein maximales Moment des Antriebsmotors (7) und dadurch eine maximale Stellkraft des Stellschiebers (5) einstellbar ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Umstellen einer Eisenbahnweiche.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Weichenantriebseinrichtung zum Umstellen einer Eisenbahnweiche, mit wenigstens einem Stellschieber zum Verbinden mit wenigstens einem beweglichen Teil der Eisenbahnweiche, wie beispielsweise einer Weichenzunge, und mit wenigstens einem mit dem Stellschieber verbundenen Antriebsmotor, der zum Bewegen des Stellschiebers ausgebildet ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umstellen einer Eisenbahnweiche, bei dem ein Stellschieber mittels eines Antriebsmotors bewegt wird.
    • Technischer Hintergrund
  • Anordnungen und Verfahren der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weichenantriebseinrichtungen oder kurz Weichenantriebe werden zum Umstellen von Eisenbahnweichen in eisenbahntechnischen Anlagen eingesetzt. Beim Umlegen oder Umstellen der Eisenbahnweiche wird der Stellschieber der Weichenantriebseinrichtung bewegt und dadurch bespielsweise eine oder zwei mit dem Stellschieber verbundene Weichenzungen der Eisenbahnweiche umgestellt. Dabei wirkt auf die jeweilige Weichenzunge sowie ein verbindendes Gestänge eine Stellkraft. Um eine Beschädigung der Weichenzungen oder des Gestänges zu vermeiden, ist eine Begrenzung der Stellkraft vorteilhaft und allgemein üblich. Insgesamt muss eine Weichenantriebseinrichtung hohe Qualitätsanforderungen erfüllen und zuverlässig arbeiten. Durch eine Vielzahl von konstruktiv erforderlichen Bauteilen, die einem Verschleiß unterliegen und zumindest teilweise gewartet werden müssen, sind die Kosten für die Anschaffung und den Betrieb der bekannten Weichenantriebseinrichtungen erheblich. Der Stellschieber der Weichenantriebsanordnung ist zum Verbinden mit einem beweglichen Teil der Eisenbahnweiche vorgesehen. Solche beweglichen Teile können die oben bereits genannten Weichenzungen oder alternativ beispielsweise auch ein bewegliches Herzstück sein.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Weichenantriebseinrichtung und ein Verfahren der eingangsgenannten Art bereitzustellen, durch welche die bekannten Anordnungen und Verfahren verbessert und konstruktiv vereinfacht werden können.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für die eingangsgenannte Weichenantriebseinrichtung dadurch gelöst, dass die Weichenantriebseinrichtung wenigstens einen mit dem Antriebsmotor verbundenen und den Antriebsmotor steuernden Motor-Controller umfasst, mittels dem ein maximales Moment des Antriebsmotors und dadurch eine maximale Stellkraft des Stellschiebers einstellbar ausgebildet ist.
  • Für das eingangsgenannte Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein maximales Moment des Antriebsmotors und dadurch eine maximale Stellkraft des Stellschiebers mittels eines mit dem Antriebsmotor verbundenen Motor-Controllers eingestellt wird.
  • Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die Stellkraft der Weichenantriebseinrichtung durch die Begrenzung des Moments des Antriebsmotors auf einfach Weise eingestellt werden kann. Insbesondere wird das Moment des Antriebsmotors elektrisch über den erfindungsgemäßen Motor-Controller eingestellt und nach oben begrenzt. Der Motor-Controller kann beispielsweise über seine Software so parametriert werden, dass das Moment des Antriebsmotors über die elektrische Ansteuerung des Motor-Controllers eingestellt wird. Die Begrenzung des Moments des Antriebsmotors begrenzt auch die resultierende Stellkraft des Stellschiebers. Dadurch kann auf eine mechanische Begrenzung der Stellkraft innerhalb der Weichenantriebseinrichtung, beispielsweise mittels einer Stellkraftkupplung im Antriebsstrang, verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung lässt sich dadurch gegenüber den bekannten Weichenantriebseinrichtungen konstruktiv einfacher ausgestalten. Ferner können Bauteile und Gewicht, z.B. für die mechanische Stellkraftkupplung, eingespart werden. Der im Vergleich zur mechanischen Stellkraftkupplung leichte und mittlerweile kostengünstig verfügbare Motor-Controller setzt die Begrenzung der maximalen Stellkraft der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung um. Ein Verbiegen der Weichenzunge oder anderer Bauteile im Antriebsstrang der Eisenbahnweiche kann verhindert werden, weil eine zu große Stellkraft des Stellschiebers ausgeschlossen ist.
  • Bei der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung kann die Eisenbahnweiche mittels des Motor-Controllers sehr schnell und damit zeitsparend eingestellt werden, so dass sich Inbetriebnahme-Kosten reduzieren lassen. Der Wegfall der Einstellung der mechanischen Stellkraftkupplung während der Montage reduziert die notwendigen Einstell- und Prüfzeiten.
  • Über den Motor-Controller kann das maximale Moment des Antriebsmotors je nach Anwendungsfall unterschiedlich parametriert werden, so dass eine einzige Variante der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtungen sehr viele Anwendungsfälle umsetzen kann. Dadurch lassen sich die nötigen Varianten beim Hersteller und ebenfalls eine Ersatzteilhaltung beim Betreiber der eisenbahntechnischen Anlage reduzieren. Weiterhin lässt sich die Größe bzw. das Volumen und damit auch das Gewicht der Weichenantriebseinrichtung verkleinern, weil weniger mechanische Bauteile nötig sind. Hierdurch verringert sich selbstverständlich auch der Fertigungsaufwand und damit die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtungen. Der Motor-Controller kann bei der Inbetriebnahme sehr einfach über dessen Software eingestellt werden, so dass sich der zeitliche Aufwand für die Inbetriebnahme reduziert. Da eine Veränderung der parametrierten Werte des Motor-Controllers im Betrieb der Weichenantriebseinrichtung ausgeschlossen ist, erhöht sich die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung während des Betriebs. Falls sich mechanische Komponenten der Weichenantriebseinrichtung während des Betriebs verändern, kann dies gegebenenfalls über eine leicht mögliche Neu-Parametrierung des Motor-Controllers, beispielsweise über eine Anpassung des maximalen Moments des Antriebsmotors, schnell kompensiert werden. Möglicherweise kann die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung über ihre Lebenszeit sogar völlig wartungsfrei ausgestaltet werden.
  • Der Motor-Controller kann insbesondere zur Begrenzung einer Leistung des Antriebsmotors ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass über die Leistungsbegrenzung das Moment des Antriebsmotors sehr leicht kontrollierbar und einstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung kann für das Bewegen von beweglichen Teilen der Eisenbahnweichen eingesetzt werden, wie beispielsweise Weichenzungen oder beweglichen Herzstücken. Weiterhin kann die Weichenantriebseinrichtung auch in Entgleisungsvorrichtungen eingesetzt werden, in welchen ebenfalls bewegliche Teile zu bewegen sind.
    • Ausgestaltungen der Erfindung
  • Die Erfindung kann durch vorteilhafte Ausgestaltung weiterentwickelt werden, wie sie im Folgenden beschrieben sind.
  • Um den Verschleiß der Weichenantriebseinrichtung möglichst gering zu halten, kann der Antriebsmotor als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet sein. Bei Gleichstrommotoren mit bürstenbasierter Stromübertragung über Kohlebürsten sind diese häufig von Verschleiß betroffen. Daher bietet der bürstenlose Gleichstrommotor mit Drehfeld eine sehr gute Möglichkeit, um diesen Verschleiß auszuschließen und einen über seine Lebensdauer wartungsfreien Antriebsmotor bereitzustellen. Alternativ können erfindungsgemäß aber selbstverständlich auch andere Gleichstrom- oder auch Wechselstrommotoren verwendet werden, wie beispielsweise der genannte bürstenbasierte Gleichstrommotor.
  • Ferner kann die Weichenantriebseinrichtung wenigstens einen im Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Stellschieber angeordneten Kugelgewindetrieb umfassen und der Antriebsmotor im Wesentlichen direkt mit einer Gewindespindel des Kugelgewindetriebs gekoppelt sein. Dies hat den Vorteil, dass zwischen Antriebsmotor und Gewindespindel kein Getriebe, wie beispielsweise ein Kettentrieb oder Zahnradtrieb, benötigt wird und somit die Anzahl der Bauteile weiter reduziert sowie die Konstruktion vereinfacht werden kann.
  • Um die Umstellgeschwindigkeit der Eisenbahnweiche anzupassen, kann der Motor-Controller zur Drehzahländerung des Antriebsmotors ausgebildet sein. Bei einer Eisenbahnweiche mit nur einer Weichenantriebseinrichtung ist eine minimale und maximale Umstellzeit einzuhalten. Diese Umstellzeiten können in Abhängigkeit der Umwelteinflüsse, wie beispielsweise der Temperatur variieren. Bei einer Eisenbahnweiche mit mehreren Weichenantriebseinrichtungen müssen Loslaufzeiten der einzelnen Weichenantriebseinrichtungen zueinander in Bezug auf die festen Umstellzeiten der Weichenantriebseinrichtungen an den Aufbau der Eisenbahnweiche angepasst werden. Damit wird ein Verbiegen der Weichenzunge minimiert oder vermieden. Mit der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung in dieser Ausgestaltung kann die Drehzahl des Antriebsmotors sehr leicht eingestellt werden. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik. Im Stand der Technik wird nämlich beispielsweise bei einer Eisenbahnweiche mit nur einer Weichenantriebseinrichtung in Abhängigkeit der zu erreichenden Umstellgeschwindigkeit zwischen sogenannten Schnellläufern und Langsamläufern unterschieden, die als unterschiedliche Varianten hergestellt werden müssen. Diese Varianten werden z.B. mittels Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren umgesetzt. Die Drehzahl der Motoren ist dabei nicht geregelt und ergibt sich aus den Randbedingungen wie z.B. Spannung und Temperatur. Ein Spannungsabfall ist dabei unter anderem bedingt durch die Entfernung zum Stellteil, das üblicherweise ein Stellwerk ist, und ergibt sich somit erst durch den Anwendungsfall. Bei einer Eisenbahnweiche mit mehreren Weichenantriebseinrichtungen wird im Stand der Technik die Loslaufzeit so eingestellt, dass die Weichenantriebseinrichtung mit dem größten Stellweg als erstes anläuft. Danach folgen alle weiteren Weichenantriebseinrichtungen, um ein Verbiegen der Weichenzunge zu verhindern oder zu minimieren. Mit den erfindungsgemäßen Lösungen lassen sich die Weichenantriebseinrichtungen sehr leicht parametrieren und bei der Inbetriebnahme einstellen.
  • Um die Auswertemöglichkeiten der Weichenantriebseinrichtung zu optimieren, kann der Motor-Controller zum Zählen der Umstellungen der Eisenbahnweiche ausgebildet sein. Die Anzahl der Weichenumläufe ist beispielsweise ein Kriterium für die Wartung und daher zu erfassen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Motor-Controller so ausgebildet sein, dass der Antriebsmotor während eines Umlaufs der Eisenbahnweiche mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere gemäß einer vorbestimmten Drehzahlkurve, dreht. So kann eine Umstellkurve bzw. ein Verlauf der Drehzahlkurve geregelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Betrieb der Weichenantriebseinrichtung materialschonender und zeitsparender erfolgen kann. Als Umlauf der Eisenbahnweiche wird das Umstellen zwischen den beiden Weichenpositionen bezeichnet, d.h. das Bewegen der Weichenzungen zwischen den beiden die Backenschienen kontaktierenden Endpositionen. Durch die freie Programmierbarkeit bzw. Parametrierbarkeit des Motor-Controllers können beliebige Bewegungskurven für die Weichenantriebseinrichtung bei dem Umlauf realisiert werden. Diese lassen sich auch nach der Inbetriebnahme, beispielsweise während einer Wartung, ohne viel Aufwand anpassen und aktualisieren. Bei der Umstellung der Eisenbahnweiche werden die Weichenzungen gegen die Backenschienen gefahren. Im Stand der Technik kommt es dabei zu einem schlagartigen Abbruch der linearen Bewegung. Diese plötzliche Unterbrechung der linearen Bewegung wirkt sich auch auf die Weichenantriebseinrichtung aus, die gegebenenfalls eine hohe mechanische Belastung erfährt und negativen Einfluss haben kann. Mit der erfindungsgemäßen Lösung in dieser Ausgestaltung wird diese mechanische Belastung vermieden. Dabei kann die Umstellung der Eisenbahnweiche weg- und/oder zeitgesteuert umgesetzt werden. Die Wegsteuerung kann dabei über die gezählten Umdrehungen des Antriebsmotors und das sich für die lineare Bewegung ergebende Umrechnungsverhältnis bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung fährt somit nicht mehr hart in eine Endlage, sondern kann bereits vor dem Erreichen der Endlage die Geschwindigkeit der Umstellung bzw. die Drehzahl reduzieren. So kann ein sanfter Anlauf der Weichenzungen an die Backenschienen realisiert werden.
  • Um die Diagnosemöglichkeiten bei der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung zu verbessern, kann der Motor-Controller zum Ermitteln von Spannungswerten, Stromaufnahmewerten und/oder Drehzahlwerten des Antriebsmotors, insbesondere während eines Umlaufs der Eisenbahnweiche, ausgebildet sein. Im Stellwerk der eisenbahntechnischen Anlage und in dessen Stellteil sind häufigkeine Diagnosemöglichkeiten der Weichenantriebseinrichtung und der Eisenbahnweiche vorhanden. Eine Diagnosefunktion, beispielsweise über die Leistungsaufnahme, ist allerdings wünschenswert. Die mit dieser Ausgestaltung mögliche Diagnosemöglichkeit direkt in der Weichenantriebseinrichtung ist sehr vorteilhaft. Strom und Spannung können direkt im Motor-Controller ausgewertet und ggf. direkt weitergegeben werden, beispielsweise an eine Diagnosezentrale der eisenbahntechnischen Anlage. Auch die davon abhängige Drehzahl kann zu einer Leistungsaufnahme umgerechnet werden.
  • Ferner kann der Motor-Controller zum Anfahren von vorbestimmten Positionen des Antriebsmotors ausgebildet sein, wobei die vorbestimmten Positionen Endlagen des Stellschiebers darstellen. Dies hat den Vorteil, dass auf mechanische oder elektrische Endanschläge bei der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung verzichtet werden kann. Dadurch lassen sich Bauteilekosten weiter reduzieren. Ferner können hierdurch die Endlagen auch sanft und materialschonend angefahren werden, so dass weniger Verschleiß bei der Weichenantriebseinrichtung auftritt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Weichenantriebseinrichtung wenigstens eine Überwachungseinrichtung umfassen und die Überwachungseinrichtung mit dem Motor-Controller verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass der Motor-Controller zusätzlich für Steuerungsaufgaben im Zusammenhang mit der Überwachungseinrichtung verwendet werden kann und keine zusätzliche Steuerung für die Überwachungseinrichtung nötig ist. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung kann so besonders einfach ausgestaltet werden. Die Überwachungseinrichtung kann beispielsweise einen Endlagenschalter oder Endlagensensor umfassen, die beispielsweise eine Endlage eines Prüfschiebers erfassen. Bei den bekannten Weichenantriebsanordnungen im Stand der Technik wird die Überwachungseinrichtung bis zum Stellteil im Stellwerk verdrahtet und dort erfasst. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann diese Steuerungsaufgabe direkt in der Weichenantriebseinrichtung erfolgen, so dass keine zusätzliche Verkabelung zum Stellwerk nötig ist.
  • Um vielfältige Einsatzmöglichkeiten zu bieten, kann der Motor-Controller sowohl für eine Spannungsversorgung mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung ausgebildet sein.
  • Für eine einfache Inbetriebnahme und Wartung der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung kann der der Motor-Controller wenigstens eine Wartungs-Schnittstelle aufweisen, mittels der eine Software des Motor-Controllers parametrierbar ist.
  • Ferner kann der Motor-Controller wenigstens eine Kommunikations-Schnittstelle aufweisen, mittels der eine Kommunikation während des Betriebs, insbesondere von Diagnosedaten und/oder Steuerungssignalen, möglich ist. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Diagnosedaten direkt von der Weichenantriebseinrichtung an eine übergeordnete Diagnosezentrale übermittelt werden können. Bisher ist meist keine Diagnosedatenübermittlung von der Weiche möglich, sondern kann höchstens im Stellwerk erfolgen. Durch die Kommunikations-Schnittstelle bieten sich neue Möglichkeiten der Datenübermittlung.
  • Um die Diagnosemöglichkeiten der Weichenantriebseinrichtung und der Eisenbahnweiche zu verbessern, kann der Motor-Controller wenigstens eine Diagnoseeinrichtung umfassen, die zum Verarbeiten von Betriebswerten des Antriebsmotors und/oder Sensorwerten einer Sensoreinrichtung ausgebildet ist. Die Diagnoseeinrichtung kann beispielsweise die oben bereits genannten Betriebswerte des Antriebsmotors wie Spannungswerte, Stromaufnahmewerte und/oder Drehzahlwerte erfassen bzw. verarbeiten, um daraus eine Diagnose für den Zustand der Weichenantriebseinrichtung bzw. der Eisenbahnweiche abzuleiten. Dabei können auch Sensorwerte der Sensoreinrichtung wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder Luftdruck berücksichtigt werden. Ferner kann der Motor-Controller ausgebildet sein, das maximale Moment des Antriebsmotors unter Berücksichtigung der von der Diagnoseeinrichtung verarbeiteten Betriebswerte und/oder Sensorwerte zu verändern. So kann der von der Diagnoseeinrichtung bestimmte Zustand beispielsweise zu einer Erhöhung des maximalen Moments führen. Durch die integrierte Diagnoseeinrichtung kann die Steuerung des Antriebsmotors sofort angepasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft. Die Diagnoseeinrichtung ist vorzugsweise innerhalb der Software des Motor-Controllers ausgebildet.
  • Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Eisenbahnweiche für eine eisenbahntechnische Anlage mit wenigstens einer Weichenantriebseinrichtung zum Umstellen der Eisenbahnweiche. Um bekannte Eisenbahnweichen zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Weichenantriebseinrichtung nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen ausgebildet ist.
    • Exemplarische Ausführungsbeispiele der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und die darin gezeigten Ausführungsformen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung in einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eisenbahnweiche mit der Weichenantriebseinrichtung aus Fig. 1;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zunächst wird die Erfindung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 beschrieben.
  • Eine Eisenbahnweiche 1 ist Teil einer nicht weiter dargestellten eisenbahntechnischen Anlage und umfasst eine Weichenantriebseinrichtung 2, Backenschienen 3 und Weichenzungen 4. Im Betrieb bewegt die Weichenantriebseinrichtung 2 die Weichenzungen 4 mittels eines angetriebenen Stellschiebers 5 zwischen den Backenschienen 3 hin und her. Um die Endlagen der Eisenbahnweiche 1, in denen eine der Weichenzungen 4 jeweils an einer der Backenschienen 3 anliegt, zu kontrollieren, umfasst die Eisenbahnweiche 1 zwei Prüfschieber 6, die unabhängig vom Stellschieber 5 mit jeweils einer der beiden Weichenzungen 4 verbunden sind. Der Stellschieber 5 der Weichenantriebseinrichtung 2 kann ganz allgemein mit einem beweglichen Teil der Eisenbahnweiche 1 verbunden werden. Alternativ zu den Weichenzungen 4 könnte das bewegliche Teil in einer anderen Ausführungsform auch ein bewegliches Herzstück oder eine Entgleisungsvorrichtung sein. Die eisenbahntechnische Anlage umfasst auch wenigstens ein Stellwerk 16, das die Weichenantriebseinrichtung 2 ansteuert.
  • Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2, die im Detail in Figur 1 dargestellt ist, wird im Folgenden beschrieben.
  • Die Weichenantriebseinrichtung 2 umfasst einen Antriebsmotor 7, einen Motor-Controller 8, ein Antriebsgetriebe 9, einen Kugelgewindetrieb 10, eine Mitnehmereinrichtung 11, mehrere Stellschieber 12, Endlagenschalter 13 und die bereits genannten Stellschieber 5 und Prüfschieber 6. Wie in Figur 1 dargestellt sind der Stellschieber 5 und der Prüfschieber 6 jeweils relativ kurz ausgebildet und werden jeweils beispielsweise mit verbundenen Verlängerungsgestängen bis zu den Weichenzungen 4 verlängert. In Figur 2 ist dies nicht weiter dargestellt, da es für die Funktion der Eisenbahnweiche 1 unerheblich ist.
  • Um im Betrieb der Weichenantriebseinrichtung 2 den Stellschieber 5 zu bewegen, wird dieser von dem Antriebsmotor 7 angetrieben. Dabei wird die Antriebskraft bei der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 von dem Antriebsmotor 7 über das Antriebsgetriebe 9, den Kugelgewindetrieb 10 und die Mitnehmereinrichtung 11 auf den Stellschieber 5 übertragen. Bei der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 wird eine vom Antriebsmotor 7 ausgeführte Rotationsbewegung über das Antriebsgetriebe 9 auf den Kugelgewindetrieb 10 übertragen, der sie in eine Linearbewegung umwandelt und diese über die Mitnehmereinrichtung 11 auf den Stellschieber 5 überträgt. Das Antriebsgetriebe 9 kann beispielsweise als ein Kettentrieb oder Zahnradtrieb ausgebildet sein, welcher die Rotationsbewegung auf eine Spindel 14 des Kugelgewindetriebs 10 überträgt. Der Kugelgewindetrieb 10 umfasst neben der Spindel 14 wie üblich eine Mutter 15. Die Spindel 14 ist seitlich gelagert, so dass in bekannter Weise ihre Rotationsbewegung in eine Linearbewegung der mit der Mitnehmereinrichtung 11 verbundenen Mutter 15 umgewandelt wird. Die Mitnehmereinrichtung 11 dient zum Übertragen der Linearbewegung von der Mutter 15 auf den Stellschieber 5. Die Übertragung der Antriebsenergie des Antriebsmotors 7 auf den Stellschieber 5 ist hier lediglich beispielhaft anzusehen und könnte selbstverständlich auch über andere Getriebekonstellationen im Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor 7 und Stellschieber 5 geschehen.
  • Der Antriebsmotor 7 wird erfindungsgemäß von dem Motor-Controller 8 gesteuert, die elektrisch entsprechend miteinander verbunden sind. Der Motor-Controller 8 ist mit einer nicht weiter dargestellten Energiequelle für die Weichenantriebseinrichtung 2 verbunden. Die Stromversorgung kann dabei einen Gleichstrom oder auch einen Wechselstrom liefern, wobei bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 ein Gleichstrom geliefert wird. Bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 wird der Strom insbesondere von dem Stellwerk 16 bereitgestellt, welches das Stellteil der Weichenantriebseinrichtung 2 darstellt.
  • Der Antriebsmotor 7 ist bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet, der anstatt den Strom über Kohlebürsten zu übertragen. ein Drehfeld erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass ohne Kohlebürsten weniger Verschleiß am Antriebsmotor auftritt und dieser somit wartungsärmer ist. Alternativ können aber auch andere Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren als Antriebsmotor eingesetzt werden.
  • Der Motor-Controller 8 steuert den Antriebsmotor 7 über die beispielhaft dargestellte Verbindungsleitung 17 an. Es können auch weitere Leitungen vorhanden sein. Der Motor-Controller 8 regelt sowohl die Drehzahl und die Position als auch die Leistung und damit das Moment des Antriebsmotors 7. Das maximale Moment des Antriebsmotors 7 kann über entsprechende Parameter in der Software des Motor-Controllers 8 eingestellt und begrenzt werden. Damit stellt der Motor-Controller 8 eine elektrische Stellkraft-Kupplung dar, da durch den Motor-Controller 8 eine Stellkraft des Stellschiebers 5 auf die Weichenzunge 4 und die gesamte Eisenbahnweiche 1 begrenzt wird. Bisherige im Stand der Technik übliche mechanische Stellkraftkupplungen im Antriebsstrang der Weichenantriebseinrichtungen sind damit bei der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung überflüssig. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung kann bei der Montage besonders schnell eingestellt und geprüft werden, weil eine Einstellung der früher notwendigen mechanischen Stellkraftkupplung entfällt. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 durch ein geringeres Gewicht gegenüber Anordnungen aus dem Stand der Technik aus, da die mechanische Stellkraftkupplung eingespart ist.
  • Der Motor-Controller 8 regelt weiterhin die aktuelle Drehzahl des Antriebsmotors 7 beim Umstellen der Eisenbahnweiche 1. Durch diese Drehzahlregelung ist eine Anpassung der Umstellgeschwindigkeit der Eisenbahnweiche 1 durch den Motor-Controller 8 möglich. Dadurch kann die Umstellgeschwindigkeit der Eisenbahnweiche 1 beispielsweise in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen wie Luftdruck und/oder Temperatur verändert werden. Zum Erfassen von äußeren Einflüssen umfasst die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 in der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 eine Sensoreinrichtung 18, die mit dem Motor-Controller 8 verbunden ist und durch die eine Temperatur- bzw. Luftdruckmessung erfolgt und entsprechende Werte an den Motor-Controller 8 übermittelt werden. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 kann aber selbstverständlich auch ohne Sensoreinrichtung 18 ausgebildet werden. Die Sensoreinrichtung 18 kann auch mit einer Diagnoseeinrichtung 22 des Motor-Controllers 8 verbunden sein, die im Folgenden noch genauer beschrieben ist.
  • Durch den erfindungsgemäßen Motor-Controllers 8 wird auch die Position des Antriebsmotors 7 permanent überwacht. So kann auch eine Bewegung des Stellschiebers 5 überwacht werden, die durch den Antriebsmotor 8 bedingt ist. Dies erfolgt über ein Zählen und Erfassen der Drehungen des Antriebsmotors 7. Hierfür umfasst der Antriebsmotor 7 beispielsweise einen Inkrementalgeber, der die Position des Antriebsmotors 7 permanent an den Motor-Controller 8 zurückmeldet. Hierdurch ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 den Stellschieber 5 in vorbestimmte Positionen bewegt, die auch Endlagen sein können. Beim Anfahren der Endlagen kann zusätzlich eine Bewegungskurve abgefahren werden und dadurch beispielsweise langsam in die Endlagen verfahren werden. Die Bewegung kann auch zeitgesteuert erfolgen bzw. zusätzlich eine Zeitsteuerung integriert sein. So kann ein sanfter Anlauf der Weichenzungen 4 gegen die Backenschienen 3 erfolgen, indem die Weichenantriebseinrichtung 2 bereits vor Erreichen der Endlage die Geschwindigkeit der Umstellung reduziert.
  • Mit der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung 2 in der Ausführung in Figur 1 kann die Drehzahl des Antriebsmotors 7 sehr leicht eingestellt werden. So kann die Weichenantriebseinrichtung 2 sehr leicht parametriert und bei der Inbetriebnahme eingestellt werden. Ferner ist der Motor-Controller 8 so ausgebildet, dass der Antriebsmotor 7 während eines Umlaufs der Eisenbahnweiche 1 mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere gemäß einer vorbestimmten Drehzahlkurve dreht, z.B. entsprechend der oben genannten Bewegungskurve. So kann eine Umstellkurve bzw. ein Verlauf der Drehzahlkurve geregelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Betrieb der Weichenantriebseinrichtung 2 materialschonender und zeitsparender erfolgen kann. Durch die freie Programmierbarkeit bzw. Parametrierbarkeit des Motor-Controllers 8 können beliebige Bewegungskurven für die Weichenantriebseinrichtung 2 realisiert werden. Diese lassen sich auch nach der Inbetriebnahme, beispielsweise während einer Wartung, ohne viel Aufwand anpassen und aktualisieren. Bei der Umstellung der Eisenbahnweiche 1 werden die Weichenzungen 4 gegen die Backenschienen 3 gefahren. Im Stand der Technik kommt es dabei zu einem schlagartigen Abbruch der linearen Bewegung. Mit der erfindungsgemäßen Weichenantriebsanordnung 2 in Figur 1 wird die hieraus resultierende mechanische Belastung vermieden. Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 reduziert bereits vor dem Erreichen der Endlage die Geschwindigkeit der Umstellung bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors 7. So wird ein sanfter Anlauf der Weichenzungen 4 an die Backenschienen 3 realisiert.
  • Eine Diagnose des Zustands der Weichenantriebseinrichtung 2 und auch der Eisenbahnweiche 1 ist ebenfalls durch den erfindungsgemäßen Motor-Controller 8 möglich. Hierfür weist der Motor-Controller 8 in der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 die Diagnoseeinrichtung 22 auf. Der Motor-Controller 8 ermittelt Parameter wie Spannung, Stromaufnahme und Drehzahl, die in der Diagnoseeinrichtung 22 ausgewertet werden und aus denen beispielsweise eine Leistungskurve des Antriebsmotors 7 bestimmt wird, die für eine Diagnose verwendet werden kann. So können mittels der Diagnoseeinrichtung 22 beispielsweise die ermittelten Strom- und Spannungswerte direkt im Motor-Controller 8 ausgewertet werden. Die Diagnoseeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch die Sensordaten der Sensoreinrichtung 18 für die Diagnose verarbeiten. Wenn die Diagnoseeinrichtung 22 aus den Werten beispielsweise aus einer veränderten Leistungskurve einen einsetzenden Verschleiß ermittelt hat, kann dies im Motor-Controller 8 direkt zu einer Erhöhung des Maximalen Moments des Antriebsmotors 7 umgesetzt werden. Diese Erhöhung kann beispielsweise dem einsetzenden Verschleiß entgegenwirken. Parallel kann durch die erfolgte Diagnose selbstverständlich auch eine Wartung geplant oder angefordert werden.
  • Um die von der Diagnoseeinrichtung 22 ermittelten Diagnoseergebnisse zu übertragen, umfasst der Motor-Controller 8 eine Kommunikationsschnittstelle 19, mittels der die Diagnosedaten beispielsweise an das Stellwerk 16 übermittelt werden. Die Kommunikationsschnittstelle 19 kann beispielsweise als eine Ethernet-Schnittstelle oder auch als eine drahtlose Funkschnittstelle ausgebildet sein, welche die Diagnosedaten per Funk an das Stellwerk 16 übermittelt. Alternativ können die Diagnosedaten auch an eine andere Stelle wie beispielsweise eine Diagnosezentrale oder ein Kontrollzentrum 24 übermittelt werden, wo diese ausgewertet und beispielsweise für eine vorbeugende Wartung (predictive maintenance) genutzt werden können. Weiterhin umfasst der Motor-Controller 8 in Figur 1 auch eine Wartungsschnittstelle 20, mittels der die Software des Motor-Controllers 8 beispielsweise während einer Inbetriebnahme parametrierbar ist. Mittels der Wartungsschnittstelle 20 lassen sich beispielsweise bei der Inbetriebnahme der Weichenantriebseinrichtung 2 notwendige Parameter sehr schnell anpassen und einstellen, so dass die Inbetriebnahme damit auch zügig erledigt werden kann und wenig Kosten anfallen. Bei der Ausführungsform in Figur 1 ist der Motor-Controller 8 auch zum Zählen der Umstellungen der Eisenbahnweiche 1 ausgebildet. Die Anzahl der Weichenumläufe ist beispielsweise ein Kriterium für die Wartung und es ist daher vorteilhaft, diese zu erfassen und zu übermitteln.
  • Die erfindungsgemäße Weichenantriebseinrichtung 2 hat den Vorteil, dass sie im Wesentlichen wartungsfrei arbeitet, da die wartungsintensive und im Stand der Technik nötige Stellkraftkupplung nicht mehr benötigt wird. Ferner ist auch der in Figur 1 verwendete bürstenlose Gleichstrommotor als Antriebsmotor 7 wartungsfrei.
  • Schließlich umfasst die Weichenantriebseinrichtung 2 auch ein Gehäuse 21, in dem die Komponenten angeordnet sind.
  • Die verschiedenen Sperrschieber 12 der Weichenantriebseinrichtung 2 dienen insbesondere der Kontrolle von vorbestimmten Positionen des Stellschiebers 5 und des Prüfschiebers 6, z.B. deren Endlagen. Hierbei weist die Weichenantriebseinrichtung 2 zur Abfrage dieser vorbestimmten Positionen mehrere Endlagenschalter 13 auf. Bei der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung 2 in der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 sind diese Endlagenschalter 13 signaltechnisch direkt mit dem Motor-Controller 8, insbesondere mit einer Steuerungseinrichtung 23, verbunden. Die Steuerungseinrichtung 23 des Motor-Controllers 8 ist für zusätzliche Steuerungsaufgaben neben der Steuerung des Antriebsmotors 7 ausgebildet. Dadurch können die elektrischen Signale der Endlagenschalter 13 von der Steuerungseinrichtung 23 des Motor-Controller 8 verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die ermittelten vorbestimmten Positionen von Stellschieber 5 bzw. Prüfungsschieber 6 direkt im Motor-Controller 8 überprüft werden können und gegebenenfalls sofort Maßnahmen ergriffen werden können. Da die Steuerungseinrichtung 23 Teil des Motor-Controllers 8 ist, können die Signale auch für die Steuerung des Antriebsmotors 7 genutzt werden. Dies erspart die Signalübermittlung an eine entfernte Stelle wie das Stellwerk 16, so dass Zeit und Material eingespart werden können. Wenn beispielsweise ein Signal eines Endlagenschalters 13 ausbleibt und somit eine vorbestimmte Position nicht erreicht wird, kann der Motor-Controller 8 beispielsweise eine Störung melden und den Antriebsmotor 7 stoppen.
  • Die Steuerungseinrichtung 23 und die Diagnoseeinrichtung 22 sind bei der Ausführungsform in Figur 1 beide innerhalb der Software des Motor-Controllers 8 ausgebildet.
  • Durch die Implementierung des Motor-Controllers 8 ist zum einen eine verbesserte Steuerung bzw. Regelung des Antriebsmotors 7 möglich, zum anderen können vom Motor-Controller 8 auch weitere Aufgaben, beispielsweise die oben beschriebe Diagnosedatenerfassung durch die Diagnoseeinrichtung 22 oder Signalauswertung durch die Steuerungseinrichtung 23, durchgeführt werden. Der Motor-Controller 8 weist hierfür wenigstens einen Mikro-Controller (nicht dargestellt) auf, der mit einer entsprechend programmierten Software diese Aufgaben ausführt. Mittels des Motor-Controllers 8 ist auch eine selbstständige Anpassung von Betriebsparametern des Antriebsmotors 7 möglich, beispielsweise als Reaktion auf die Auswertung der Diagnoseeinrichtung 22, wie oben beschrieben. Wenn beispielsweise durch die Sensoreinrichtung 18 eine unter einem Grenzwert liegende Temperatur ermittelt wird, kann der Motor-Controller 8 die Leistung und damit das Moment des Antriebsmotors 7 erhöhen. Die verringerte Temperatur kann nämlich erfahrungsgemäß zu einer Schwergängigkeit des Antriebsmotors 7 und ggf. auch anderen Komponenten wie des Kugelgewindetriebs 10 führen. Die Momenterhöhung kann dem entgegenwirken.
  • Im Folgenden wird die weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Weichenantriebseinrichtung 2 in Figur 3 erläutert. Der Einfachheit halber wird lediglich auf die Unterschiede zu der beispielhaften Ausführungsform in Figur 1 eingegangen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. Genau wie bei der Ausführungsform in Figur 1 kann auch die Ausführungsform in Figur 3 als Teil der in Figur 2 dargestellten Eisenbahnweiche 1 eingesetzt werden.
  • Im Gegensatz zur Ausführungsform in Figur 1 umfasst die Weichenantriebsanordnung 2 in Figur 3 einen im Wesentlichen direkt auf die Spindel 15 des Kugelgewindetriebs 10 montierten Antriebsmotors 7. Dies hat den Vorteil, dass kein Antriebsgetriebe 9 wie in der Ausführungsform zu Figur 1 nötig ist. Dadurch ist die Ausführungsform in Figur 3 konstruktiv einfacher und mit weniger Masse ausgestaltet und kann ggf. schneller und kostengünstiger hergestellt werden.

Claims (15)

  1. Weichenantriebseinrichtung (2) zum Umstellen einer Eisenbahnweiche (1),
    mit wenigstens einem Stellschieber (5) zum Verbinden mit wenigstens einem beweglichen Teil der Eisenbahnweiche (1), wie beispielsweise einer Weichenzunge (4), und
    mit wenigstens einem mit dem Stellschieber (5) verbundenen Antriebsmotor (7), der zum Bewegen des Stellschiebers (5) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Weichenantriebseinrichtung (2) wenigstens einen mit dem Antriebsmotor (7) verbundenen und den Antriebsmotor (7) steuernden Motor-Controller (8) umfasst, mittels dem ein maximales Moment des Antriebsmotors (7) und dadurch eine maximale Stellkraft des Stellschiebers (5) einstellbar ausgebildet ist.
  2. Weichenantriebseinrichtung (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Antriebsmotor (7) als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist.
  3. Weichenantriebseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Weichenantriebseinrichtung (2) wenigstens einen im Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor (7) und Stellschieber (5) angeordneten Kugelgewindetrieb (10) umfasst und der Antriebsmotor (7) im Wesentlichen direkt mit der Gewindespindel (14) des Kugelgewindetriebs (10) gekoppelt ist.
  4. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) zur Drehzahländerung des Antriebsmotors (7) ausgebildet ist.
  5. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) zum Zählen der Umstellungen der Eisenbahnweiche (1) ausgebildet ist.
  6. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) so ausgebildet ist, dass der Antriebsmotor (7) während eines Umlaufs der Eisenbahnweiche (1) mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere gemäß einer vorbestimmten Drehzahlkurve, dreht.
  7. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) zum Ermitteln von Spannungswerten, Stromaufnahmewerten und/oder Drehzahlwerten des Antriebsmotors (7), insbesondere während eines Umlaufs der Eisenbahnweiche (1), ausgebildet ist.
  8. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) zum Anfahren von vorbestimmten Positionen des Antriebsmotors (7) ausgebildet ist, wobei die vorbestimmten Positionen Endlagen des Stellschiebers (5) darstellen.
  9. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Weichenantriebseinrichtung (2) wenigstens eine Überwachungseinrichtung umfasst und die Überwachungseinrichtung mit dem Motor-Controller (8) verbunden ist.
  10. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) wenigstens eine Wartungs-Schnittstelle aufweist, mittels der eine Software des Motor-Controllers (8) parametrierbar ist.
  11. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) wenigstens eine Kommunikations-Schnittstelle aufweist, mittels der eine Kommunikation während des Betriebs, insbesondere von Diagnosedaten und/oder Steuerungssignalen, möglich ist.
  12. Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) wenigstens eine Diagnoseeinrichtung (22) umfasst, die zum Verarbeiten von Betriebswerten des Antriebsmotors (7) und/oder Sensorwerten einer Sensoreinrichtung (18) ausgebildet ist.
  13. Weichenantriebseinrichtung (2) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Motor-Controller (8) ausgebildet ist, das maximale Moment des Antriebsmotors (7) unter Berücksichtigung der von der Diagnoseeinrichtung (22) verarbeiteten Betriebswerte und/oder Sensorwerte zu verändern.
  14. Eisenbahnweiche (1) für eine eisenbahntechnische Anlage,
    mit wenigstens einer Weichenantriebseinrichtung (2) zum Umstellen der Eisenbahnweiche (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Weichenantriebseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
  15. Verfahren zum Umstellen einer Eisenbahnweiche (1),
    bei dem ein Stellschieber (5) mittels eines Antriebsmotors (7) bewegt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein maximales Moment des Antriebsmotors (7) und dadurch eine maximale Stellkraft des Stellschiebers (5) mittels eines mit dem Antriebsmotor (7) verbundenen Motor-Controllers (8) eingestellt wird.
EP24163877.4A 2024-03-15 2024-03-15 Weichenantriebseinrichtung und verfahren zum umstellen einer eisenbahnweiche Pending EP4617141A1 (de)

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Citations (4)

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DE3511891A1 (de) * 1985-04-01 1986-10-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Stell-, sicherungs- und ueberwachungseinrichtung an weichen
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