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Kupplungseinrichtung an elektrischen Weichenantrieben im Eisenbahnsicherungswesen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungseinrichtung an elektrischen Weichenantrieben
im Eisenbahnsicherungswesen mit mehreren Kupplungsmitteln zwischen Antriebsmotor
und Stellstange der Weiche. Die einzelnen Teile des zwischen Antriebsmotor und Stellstange
angeordneten Getriebes werden nicht nur durch die Kraftübertragung im normalen Stehvorgang
beansprucht, sondern auch durch zusätzliche, von den Weichenzungen aus wirkende
Kräfte. Diese werden hervorgerufen durch den Gegendruck der in der Endlage festzuhaltenden
Weichenzungen oder durch das Auffahren der Weiche. Vor allem beim Auffahren kann
der Antrieb Schaden nehmen, da die Stellkurbel ruckartig durch das auffahrende Fahrzeug
herumgeworfen wird und die trägen Massen des Getriebes und des angekuppelten Motors
nicht so schnell in Bewegung gesetzt werden können. Es ist also insgesamt zwischen
drei den Antrieb beanspruchenden Kräften zu unterscheiden: der Stellkraft, der Festhaltekraft
für die Weichenzungen und einer die Festhaltekraft weit überschreitenden Kraft,
die beim raschen Auffahren der Weiche von der Stehkurbel aus auf das bewegungsträge
Getriebe einwirkt; diese Kraft wird üblicherweise als Auffahrkraft bezeichnet.
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`Zum Begrenzen der Stehkraft wird im allgemeinen eine Reibungskupplung
bekannter Bauart zwischen Motor und Getriebe eingefügt, wodurch eine Oberlastung
des Motors, beispielsweise bei schwerem Gang der Weiche, verhütet wird. Zum Beherrschen
der anderen Kräfte sind verschiedene Lösungen bekannt, beispielsweise Weichenantriebe,
bei denen nur eine Feder zum Festhalten der Weichenzungen in der Endlage und zum
Begrenzen der auf das Getriebe wirkenden Auffahrkraft verwendet wird. Diese Ausführung
hat jedoch den Nachteil, daß die Festhaltekraft in einem bestimmten Verhältnis zur
Auffahrkraft stehen muß. Da sich außerdem eine derartige Kupplung nicht an beliebiger
Stelle innerhalb des Kraftübertragungsweges anordnen läßt, muß hierbei zwangläufig
immer noch der größte Teil des Getriebes beim Auffahren der Weiche mit beschleunigt
werden. Gegenstand eines älteren Patents ist deshalb, neben der bekannten Reibungskupplung
zum Begrenzen der Stellkraft noch zwei Federkupplungen vorzusehen, mit denen die
Auffahrkraft und die Festhaltekraft für die Weichenzungen unabhängig voneinander
eingestellt werden können: dadurch können trotz geringer Bemessung der Festhaltekraft
die Stehstange und das Getriebe beim Auffahren voneinander entkuppelt werden. Mit
der Erfindung wird demgegenüber ein Aufbau einer Kupplungseinrichtung erzielt, mit
der dieselben Vorteile mittels einer noch einfacheren Konstruktion erreicht werden
können. Gemäß der Erfindung ist innerhalb des Getriebeblockes nur eine aus einem
abgefederten Führungsstößel und zwei damit in Verbindung stehenden Kurvenschablonen
bestehende Federkupplung vorgesehen, mittels deren die Auffahrkraft und die Festhaltekraft
für die Weichenzungen unabhängig voneinander festgelegt werden können. Der abgefederte
Führungsstößel ist dabei zweckmäßig in einer mit der Hauptwelle fest verbundenen
Auffahrscheibe angeordnet, während die Kurvenschablonen in zwei weitere Scheiben,
vorzugsweise in das vom Motor angetriebene Zahnsegment und in eine Sperrscheibe,
eingesetzt sind.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 bis 8 der Zeichnungen gezeigt.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau eines Weichenantriebs. Der
Antriebsmotor 1, der auf dem einen Wellenstumpf ein Ritzel2 für das Umstellen der
Weiche von Hand trägt, ist am anderen Wellenstumpf über eine bekannte Reibungskupplung
3 mit dem Ritzel des Zwischengliedes 4 verbunden. An der Reibungskupplung 3 wird
die Stellkraft eingestellt; läßt sich die Weiche übermäßig schwer bewegen oder sind
die Weichenzungen durch eine Störung am Umstellen gehindert, so arbeitet der Motor
gegen die Reibungskupplung, während das übrige Getriebe sich langsamer bewegt oder
stillsteht. So wird ein Überlasten des Motors oder ein Beschädigen des Getriebes
verhindert. Das Zahnrad des Zwischengetriebes
4 ist zusammen
mit .der Schnecke 5 an der Zwischenwelle befestigt, die in den Lagern 6 gelagert
ist. Die Schnecke 5 treibt das Zahnsegment 7 an; an der rechten Seite dieses Zahnsegments
ist in Fig. 1 schematisch ein Sperr-- und Kontakthebel 8 dargestellt, der sich um
eine Nebenwelle 8 a drehen kann, wie weiter unten beschrieben, und dabei den Endlagenkontakt
9 betätigt. Eine zweite gleiche Einrichtung, die nicht dargestellt ist, befindet
sich derart auf der anderen Seite des Getriebeblocks, daß dieser nach einer Drehung
der Hauptwelle 10 um 90° im Uhrzeigerdrehsinn mit dem nicht dargestellten
zweiten Sperr- und Kontakthebel zusammenwirkt. Das Zahnsegment 7 ist mit der lotrecht
stehenden Hauptwelle 10 verbunden; an deren unterem Ende ist die Steilkurbel 11
befestigt, an welche die Stellstange 12 angeschlossen ist.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Hauptwelle nach der Schnittlinie
A -B aus Fig. 1 gezeigt. Die Hauptwelle 10 ruht in zwei Lagern 13 und ist
mittels der Keilverbindung 14 mit- der Stellkurbel 11 verbunden. Auf der Hauptwelle
10 sitzen das Zahnsegment 7, die Auffahrscheibe 15 und die Sperrscheibe 16, von
denen nur die Auffahrscheibe 15 mit der Hauptwelle 10 über eine Keilverbindung 17
fest verbunden ist. Der nur in Fig. 1 und 3 dargestellte Sperrhebel 8 stützt in
der Endlage der Weiche gegen die Kante der Sperrscheibe 16. Um ihn beim Umstellen
der Weiche bzw. beim Auffahren ausheben zu können, sind - wie aus Fig. 3 ersichtlich
- die Seitenkanten der Auffahrscheibe 15 sowie die Kanten eines an der Unterseite
des Zahnsegments 7 befindlichen Ansatzes abgeschrägt. Die Wirkungsweise dieser
Einrichtung ist weiter unten beschrieben. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen
Zahnsegment und Hauptwelle wird über den Führungsstößel 18 hergestellt. Dieser
besteht aus einem Führungsstück, an dem drehbar zwei Rollen 19 und 20 angebracht
sind. Der Stößel 18 ist in der Auffahrscheibe 15 geführt, und seine Rollen werden
durch die Druckfeder 21 gegen die Kurvenschablonen 22 und 23 gepreßt, die in das
Zahnsegment 7 bzw. die Sperrscheibe 16 eingesetzt sind. Die Kurvenschablone
22 ist in Fig. 4 und 6, die Kurvenschablone 23 in Fig. 5 und 7 dargestellt.
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Das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile beim Umstellen einer Weiche
ist in Fig. 4 und 5 gezeigt. Dabei zeigt Fig.4 das Zusammenwirken zwischen der Rolle
19 und der in das Zahnsegment 7 eingesetzten Kurvenschablone 22, während
Fig. 5 entsprechend den in Fig. 4 dargestellten Lagen das Zusammenwirken der Rolle
20 und der Kurvenschablone 23 zeigt. Es wird außerdem Bezug genommen auf die Fig.
8, welche die Federcharakteristik der Feder 21 darstellt; hier ist die Kraft P aufgetragen,
die aufzubringen ist, um die Feder auf die Länge f zusammenzudrücken.
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Der Abszissenwert f 0 in Fig. 8 entspricht der Länge der entspannten
Feder 21; die Werte f 1 bis f 5
entsprechen den Federlängen
der verschiedenen Lagen der Rollen 19 und 20 bei Ablauf der Bewegungen.
Die verschiedenen Lagen, die die Rollen 19 und 20 bei dem Ablauf der Bewegungen
auf den Kurvenschablonen 22 und 23 einnehmen können, sind inFig.4bis7 mitKlbis K5,
K10, K1', KZundK4' bezeichnet. Die Formen der Schablonen 22 und 23 in diesen Lagen
bestimmen im Zusammenhang mit der Federcharakteristik die erforderlichen Kräfte
für alle möglichen Betriebszustände des Weichenantriebs. Zum Einstellen der Festhaltekraft
P 4, mit der die Weichenzungen gegen gewaltsames Umstellen von der Weichenseite
her gesichert sind und die überwunden werden muß, wenn die Weichenzungen aus ihrer
Endlage bewegt werden sollen, dient die Schablone 23; mit dieser Kraft P4 wird die
Rolle 20 in Stellung S 5' gemäß Fig. 7 aus der Lage K 10 in die Lage K4 gehoben,
wobei die Feder 21 auf die Länge f 4 zusammengedrückt wird. Die Auffahrkraft P 5
wird dagegen durch die Schablone 22 bestimmt und ist die Kraft, die benötigt wird,
um z. B. die Rolle 19 in Fig. 6 aus der Lage K l` über die Lage K 5 zu heben, so
daß sie sich längs der Linie K bewegt. Die Pfeile in Fig. 6 und 7 geben die Bewegungsrichtung
der Rollen 19 bzw. 20 beim Auffahrvorgang an.
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Es sei bemerkt, daß -sich bei Bewegungen des Weichenantriebs, sei
es beim Umstellen der Weiche, sei es bei einem Auffahrvorgang, die Auffahrscheibe
samt den Rollen 19 und 20 sowie das Zahnsegment 7 mit der Kurvenschablone
22 und die Sperrscheibe mit der Kurvenschablone 23 sowohl insgesamt als auch relativ
zueinander bewegen; dabei werden die Rollen 19 und 20 entsprechend der Form der
Schablonen 22 und 23 außerdem radial in Richtung auf die Achse der Hauptwelle 10
bewegt. Infolge der Lagerung der Rollen 19 und 20 auf dem Führungsstößel 18 können
sich jedoch beide Rollen sowohl radial als auch entlang der Kanten der Schablonen
22 und 23 nur gemeinsam bewegen; die Stellungen der Rollen 19 und 20 in Fig. 4 und
5 wie auch in Fig. 6 und 7 stimmen daher jeweils miteinander überein, und auch die
Schablonen 22 und 23 in Fig. 4 bis 7 ändern ihren Abstand zur Achse der Hauptwelle
10 nicht.
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In der End- bzw. Ruhelage (S 1 bzw. S 1' in Fig. 4 bzw.
5) der Weiche nimmt die Rolle 19 die Lage K 1 bzw. K1' - je nachdem, ob die Weiche
in Rechts-oder in Linkslage liegt - der Kurvenschablone 22 und die Rolle 20 die
Lage K10 an der Kurvenschablone 23 ein. Die Feder 21 ist auf die Länge f 1 (vgl.
Fig. 8) zusammengedrückt und drückt mit der Kraft P 1 auf den Führungsstößel
18; mit dieser Kraft werden somit die Rollen 19 und 20 an die Kurvenschablone
22 und 23 angelegt. Sobald der Antrieb umzulaufen beginnt, dreht sich das Zahnsegment
7 mit der eingesetzten Kurvenschablone 22 um die Hauptwelle 10. Da die Rolle 20
durch die Feder 21 in der Lage K10 der Kurvenschablone23 gedrückt und die Sperrscheibe
16, in welcher die Schablone 23 eingesetzt ist, durch den Sperrhebel 8 (Fig. 1 und
3) an einer Bewegung gehindert wird und außerdem die zum Ausheben der Rolle 20 aus
der Lage K 10 erforderliche Kraft P4 größer ist als die Kraft P3, die zum überwinden
der Lage K3 in der Kurvenschablone 22 durch die Rolle 19 benötigt wird, bewegt sich
zunächst der Führungsstößel 18 und damit die Hauptwelle 10 nicht. Beim Weiterdrehen
des Zahnsegments 7 wird die Rolle 19 gegen die Kraft der Feder 21 über die -Lagen
K 3 und K 1' in die Lage K 2' in der Schablone 22 geführt (Stellung
S2 in Fig. 4). Hierbei wird auch die Rolle 20 in der Lage K10 ein wenig gehoben
(Stellung S 2' in Fig. 5), und der Sperrhebel 8 wurde durch die schräge Kante am
Ansatz des sich drehenden Zahnsegments 7 - wie in Fig: 3 dargestellt -ausgehoben.
Die Kraft, mit der die Rolle 19 in der Lage K2 an der Schablone 22 anliegt, entspricht
nach Fig. 8 der Stellkraft P 2, mit der die Weiche aus ihrer Endlage bewegt wird.
Der Führungsstößel 18 folgt nun der Bewegung des Zahnsegments 7. Damit
folgen
auch die Auffahrscheibe 15 und die Sperrscheibe 16 dieser
Bewegung. Über die Verbindung von Auffahrscheibe 15, Hauptwelle 10 und Stehkurbel
11 wird die Weiche umgestellt. Ist die neue Endlage erreicht (Stellung
S 3 bzw. S 3' in Fig. 4 bzw. 5), so fällt der zweite, in Fig. 1 nicht
dargestellte Sperrhebel hinter der Sperrscheibe 16 ein und betätigt gleichzeitig
den zugehörigen Endlagenkontakt, so daß der Stehstrom abgeschaltet wird. Die Feder
21, die bis jetzt auf die Länge f 2 zusammengedrückt war, sucht sich zu entspannen
und drückt die Rolle 19 in die Lage K 1' zurück (Stellung S4 in Fig. 4). Da der
Führungsstößel 18 bzw. die Rolle 20 in Stellung S4' nach Fig. 5 jedoch durch die
Sperrscheibe 16 und den genannten Sperrhebel arretiert ist, bewegt sich das Zahnsegment
7 ein wenig zurück. Durch diese rückläufige Bewegung des Zahnsegments wird erreicht,
daß der Antriebsmotor beim nächsten Umstellen wieder nahezu im Leerlauf eingeschaltet
wird. In der Endlage der Weiche wird die Stellkurbel über die Auffahrscheibe 15,
den Führungsstößel 18, die Rolle 20 und die durch den eingefallenen Sperrhebel blockierte
Sperrscheibe 16 festgehalten.
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Beim Auffahren der Weiche wird die Stellkurbel und damit die Hauptwelle
10 von den Weichenzungen her ruckartig mit großer Kraft bewegt. Die Massenträgheit
des Getriebes und des angekuppelten Motors erlaubt jedoch keine große Beschleunigung,
so daß das Zahnsegment 7 in Ruhe bleibt. Die Sperrscheibe 16 ist durch den eingefallenen
Sperrhebel zunächst an der Bewegung gehindert. Die einzelnen Bewegungsvorgänge beim
Auffahren sind in Fig. 6 für die Bewegung der Rolle 19 entlang der Schablone 22
und in Fig. 7 für die Bewegung der Rolle 20 entlang der Schablone 23 dargestellt.
Beim Auffahren muß zunächst die Festhaltekraft P4 beim Herausheben der Rolle
20 aus der Lage K 10 in der Kurvenschablone 23 (Stellung S5' in Fig.
7) überwunden werden. Diese Kraft tritt auf, wenn die Rolle 20 die Lage K4 in Fig.'7
bzw. in der anderen Weichenendlage die Lage K 4' überläuft. Hierdurch wird
gleichzeitig die Rolle 19
angehoben (vgl. Fig. 6), die Auffahrscheibe 15 kann
jetzt der Drehbewegung der Hauptwelle 10 folgen und hebt mit ihrer Abschrägung
den eingefallenen Sperrhebel aus. Sobald beide Sperrhebel ausgehoben sind, erfolgt
im Stellwerk die Auffahrmeldung. Im weiteren Verlauf des Auffahrvorganges überläuft
die Rolle 19 die Lage K 5 in der Schablone 22 (Stellung S6 in Fig. 6) und muß die
Auffahrkraft P5 gemäß Fig8 überwinden. Die Rolle 20 befindet sich in diesem Augenblick
in der Stellung S 6' nach Fig. 7. Nach Überwinden der Kraft P 5 bewegt sich schließlich
die Rolle 19 auf der Linie K der Schablone 22, da die Auffahrscheibe 15 den Führungsstößel
18 mitnimmt (Stellung S7 in Fig. 6). Auch die Sperrscheibe 16 folgt dieser
Bewegung durch die Mitnahme der Rolle 20 (Stellung S7' in Fig. 7). Sobald die Rolle
19 sich auf der Linie K der Schablone 22 befindet, ist die kraftschlüssige Verbindung
zwischen Weiche und Antrieb völlig gelöst.
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Um den Antrieb nach dem Auffahrvorgang wieder in eine mit der neuen
Lage der Weichenzunge übereinstimmende Lage und die gelöste Kupplung wieder in die
Grundstellung zu bringen, muß von Hand oder durch Einschalten des Motors das Zahnsegment
7 nachgedreht werden. Dabei bewegt sich die Kurvenschablone 22 relativ gegenüber
der Rolle 19, so daß diese entlang der Linie K abrollt, bis sie sich in der Lage
K2 bzw. K2' befindet. Jetzt erfolgt der weitere Weichenstellvorgang, wie bereits
bei dem normalen Umstellen beschrieben.
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Durch die entsprechende Ausbildung der Feder 21 und der Kurvenschablonen
22 und 23 lassen sich somit die Festhaltekraft (Kraft P 4, bestimmt durch die Ausnehmung
in der Lage K10 an der Schablone 23) und die Auffahrkraft (Kraft P5, bestimmt durch
das Anheben der Rolle 19 auf die Linie K der Schablone 22) unabhängig voneinander
festlegen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt;
die Kupplungseinrichtung kann vielmehr auch in dafür geeignete andere, zwischen
Antriebsmotor und Stellkurbel vorgesehene Getriebeteile eingebaut werden.