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Festhaltefeder für einen auffahrbaren elektrischen Weichenantrieb
Die Erfindung betrifft .eine Festhaltefeder für einen auffahrbaren elektrischen
Weichenantrieb, in dem eine die Endlage sichernde Festhaltescheibe über die vorgespannte
Festhaltefeder mit einer Aushebescheibe gekuppelt ist, die beim Umstellen der Weiche
durch den Motor oder durch Auffahren einen die Festhaltescheibe verschließenden
Kontaktsteuerhebel aushebt.
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Bei Eisenbahnanlagen werden besondere Sicherheitsansprüche an das
Bestehen der jeweils erforderlichen Weichenendlagen gestellt. Die Endlage jeder
Weiche muß durch eine bestimmte Kraft gesichert sein. Die Größe dieser Kraft ist
von der Konstruktion des zugehörigen Antriebs abhängig. Die im Eisenbahnbetrieb
meistbenutzten elektrischen Weichenantriebe enthalten zu diesem Zweck eine Festhaltefeder,
die bisher als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet ist. Da für Fahrstraßen und
Signalabhängigkeiten die Endlage jeder Weiche elektrisch überwacht werden muß, enthält
jeder Weichenantrieb ferner durch Steuerhebel betätigte Kontakte für Stell- und
überwachungsstromkreise, durch welche das Bestehen der einen oder anderen ordnungsgemäßen
Endlage oder der Laufstellung gemeldet werden kann. Wird eine Weiche aus einer der
beiden Endlagen aufgefahren, so muß bis zum Erreichen der Laufstellungslage der
Steuerhebel und der Kontakte das Stehorgan des Antriebes einen gewissen Weg zurücklegen.
Zum Erreichen dieser Getriebestellung muß die Kraft der Festhaltefeder durch eine
beim Auffahren über das Stehorgan auf den Antrieb ausgeübte Kraft, die sogenannte
Auffahrkraft, überwunden werden.
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Infolge der linearen Kraft-Weg-Kennlinie der bisher verwendeten Schraubenfedern
ist die von der Auffahrkraft im Auslösepunkt zu überwindende Federkraft wesentlich
größer als die in der überwachten Endlage wirkende Festhaltekraft der Feder. Im
praktischen Betrieb wirkt sich dieser Kraftunterschied sehr ungünstig aus, weil
zusätzlich noch die beim Ausheben der Kontaktsteuerhebel und die durch Reibungswiderstände
und Massenwirkung der Getriebeteile auftretenden Kräfte überwunden werden müssen.
Da die Massenwirkung mit zunehmender Auffahrgeschwindigkeit ansteigt, können sich
sehr große Unterschiede zwischen Auffahrkraft und Festhaltekraft ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch die Wirkung der
Festhaltefeder während des Auffahrvorganges bedingtes Ansteigen der erforderlichen
Auffahrkraft zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Festhaltefeder
mit einer degressiven Kraft-Weg-Kennlinie vorgesehen und der Arbeitsbereich der
Feder zwischen dem bei Endlage bestehenden Zustand und dem zum Lösen der Kupplung
von Festhaltescheibe und Aushebescheibe erforderlichen Zustand durch die Vorspannung
auf einen etwa waagerecht oder sogar negativ verlaufenden Teil der Kennlinie eingestellt
ist.
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Zweckmäßigerweise wird als Festhaltefeder eine Federsäule verwendet,
die aus einzelnen Tellerfedern besteht. Durch die Verwendung einer derartigen Federsäule
ist es möglich, daß die Längenänderung der Federsäule zwischen der Weichenendlage
und dem Lösepunkt ein Vielfaches des benutzten Teiles des waagerechten Bereiches
der Charakteristik einer Einzelfeder betragen kann (Summenwirkung). Außerdem bietet
eine mehrgliedrige Federsäule den Vorteil einer sehr hohen Betriebssicherheit, weil
beim Ausfallen einer Feder die übrigen Federn die erstrebte Wirkung noch sicherstellen.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind für die einzelnen Tellerfedern auf dem
Federbolzen gleitende Führungsringe vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, daß die
bei langen Federsäulen sonst zwischen Federbolzen und Federinnenwand auftretenden
Reibungskräfte, durch die eine ungleichmäßige Belastung einzelner Tellerfedern und
eine erhebliche Beeinflussung der Federkraft auftreten kann, ausgeschaltet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. F i g.1 zeigt eine Federsäule, die aus einzelnen auf
einem Federbolzen B l, B 2 hintereinander angeordneten Federgliedern F gebildet
ist. Jedes Federglied besteht aus zwei Tellerfedern. Bei entsprechender Bemessung
kann jedes Federglied auch aus einer oder aus mehr als zwei Tellerfedern bestehen.
In dem gezeigten Beispiel sind je zwei Tellerfederpaare auf einem Führungsring R
mit T-förmigem Querschnitt
angeordnet. Die Summe der Abstände A
zwischen den aufeinanderfolgenden Führungsringen R bzw. zu dem Federteller
B 6 und dem Bund B7 am Ende des Führungsbolzens ist mindestens so
groß, daß die Federsäule um den beim Auffahren erforderlichen Betrag zusammengepreßt
werden kann.
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Um die bei Endlage des Antriebs gewünschte Vorspannung der Feder einstellen
zu können, besteht der Federbolzen aus einer Führungshülse B 1 und einem darin gleitend
gelagerten Führungsbolzen B 2. Der Führungsbolzen ist durch einen Stift B 3, der
in einen Schlitz B 4 der Führungshülse eingreift, gegen Herausfallen gesichert.
Die Vorspannung kann durch Drehen der Hutmutter B 5 eingestellt werden. Die Hutmutter
und das freie Ende des Federbolzens sind mit einer Mulde versehen, in die Nocken
der miteinander zu kuppelnden Scheiben eingreifen. Durch die beim Auffahren der
Weiche von den Nocken auf den Federbolzen in Achsrichtung ausgeübten Kräfte wird
die Federsäule zusammengepreßt.
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Der Arbeitsbereich der Feder, d. h. der Bereich, um den der Federbolzen
zusammengepreßt wird, und die Vorspannung sind so eingestellt, daß er in der in
F i g. 2 dargestellten Kraft-Weg-Kennlinie der Feder in dem etwa waagerecht verlaufenden
Teil zwischen den Punkten P1 und P2 oder sogar in dem negativ verlaufenden Teil
zwischen den Punkten P 2 und P3 der Kennlinie liegt. Im ersten Fall ist die Auffahrkraft
über den Arbeitsbereich der Feder etwa gleich der bei ordnungsgemäßer Endlage wirkenden
FesthaItekraft. Im zweiten Fall wird die Auffahrkraft im Arbeitsbereich sogar kleiner.
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Die praktische Anwendung der Festhaltefeder ist aus F i g. 3 und 4
ersichtlich. In diesen Zeichnungen sind nur die zum Verständnis der Wirkungsweise
der Festhaltefeder erforderlichen Teile eines Weichenantriebes dargestellt.
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F i g. 3 zeigt die bei einer Endlage, z. B. bei Pluslage, einer Weiche
bestehende Stellung einer Festhaltescheibe FS und einer Aushebescheibe
AS. Die Weichenzungen sind in bekannter Weise zwangläufig formschlüssig über
eine nicht dargestellte Zahnstange und ein ebenfalls nicht dargestelltes Zahnrad
mit der Aushebescheibe AS verbunden. Die koaxial mit dieser angeordnete Festhaltescheibe
FS wird kraftschlüssig, z. B. über eine Rutschkupplung, vom Motor des Weichenantriebes
angetrieben. Beide Scheiben AS und FS sind mit sich überdeckenden Nocken N1 bzw.
N2 versehen, welche die gleiche Form haben und in die Mulden der Federsäule S eingreifen.
Hierdurch werden die beiden Scheiben zueinander in einer bestimmten Lage durch eine
Kraft gehalten, die durch die voreingestellte Federkraft der Federsäule bestimmt
ist. Zum Festhalten der beiden Scheiben FS und AS bei Endlage des Antriebes
sind die beiden Kontaktsteuerhebel KP und KM vorgesehen, die durch eine Zugfeder
Z miteinander verbunden sind. Bei der angenommenen Pluslage ist die Rolle RP des
Kontaktsteuerhebels KP in eine Steuermulde beider Scheiben eingefallen. Die Rolle
RP stützt sich durch die Spannung der Zugfeder Z vor der Steilflanke SE
auf
der Mulde der Festhaltescheibe FS ab. Die Neigung dieser Steilflanke ist derart
gewählt, daß die Festhaltescheibe FS nicht in Pfeilrichtung M gedreht werden kann,
ohne daß die Rolle aus der Mulde ausgehoben wird. Beim Versuch, die Festhaltescheibe
in Pfeilrichtung M zu drehen, wird viehnehr auf den Kontaktsteuerhebel eine Kraft
in Richtung der Normalen NS ausgeübt, die ihn noch stärker in die Mulde preßt. Das
von der Zugfeder Z über den Kontaktsteuerhebel KP auf die Scheibe ausgeübte
Sperrmoment wird also noch verstärkt. Die Rolle des Kontaktsteuerhebels KM stützt
sich bei der angenommenen Pluslage auf dem Außenkranz der Aushebescheibe
AS ab. Diese Aushebescheibe ist mit einer Schrägfläche AF versehen, die eine
solche Neigung hat, daß beim Drehen der Aushebescheibe in Pfeilrichtung M auf die
Rolle RP eine Kraft in Richtung der Normalen NA ausgeübt wird, welche die
Rolle aus der Mulde der Festhaltescheibe aushebt.
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Soll die in F i g. 3 angenommene Pluslage des Weichenantriebes von
der Weiche her durch Auffahren geändert werden, so muß hierzu die Aushebescheibe
in Pfeilrichtung M gedreht werden, was nur unter Spannen der Federsäule S möglich
ist. Die hierzu erforderliche Kraft muß größer sein, als die durch die Federsäule
ausgeübte Endlagefesthaltekraft. In diesem Fall wird die Aushebescheibe
AS von der Weiche her über die nicht dargestellte Zahnstange und das nicht
dargestellte Zahnrad in Pfeilrichtung M gedreht. Durch das Verdrehen der Aushebescheibe
AS relativ zur Festhaltescheibe FS wird die Federsäule S zusammengepreßt,
wobei sie dem Verdrehen mit einer Kraft entgegenwirkt, die vom eingestellten Arbeitsbereich
P1-P2 bzw. P2-P3 (Fig.2) abhängig ist. Diese Kraft bleibt je nach Vorspannung mit
zunehmender Verdrehung konstant oder wird sogar kleiner. Dabei hebt die Aushebescheibe
mit ihrer Schrägfläche AF die Rolle RP des Kontaktsteuerhebels KP unter Spannen
der Zugfeder Z aus der Mulde der Festhaltescheibe FS aus. Hierbei wird der bei Pluslage
geschlossene Überwachungskontakt UP
geöffnet.
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F i g. 4 zeigt eine während des Auffahrens der Weiche erreichte Übergangsstellung,
bei der die Aushebescheibe AS sich um den Winkel a gedreht und den Kontaktsteuerhebel
KP gerade so weit ausgehoben hat, daß auch die Festhaltescheibe sich in Pfeilrichtung
M drehen kann. Dabei wird die relative Verdrehung zwischen der Aushebescheibe und
der Festhaltescheibe unter Entspannen der Federsäule S wieder aufgehoben. Beide
Scheiben bewegen sich dann gemeinsam in diejenige Stellung, die der beim Auffahren
der betreffenden Weiche herbeigeführten Stellung der Weichenzungen entspricht.
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Die Anwendung von Festhaltefedern nach der Erfindung ist in entsprechender
Weise auch bei Weichenantrieben möglich, bei denen anstatt relativ zueinander verdrehbarer
Festhalte- bzw. Aushebescheiben geradlinig zueinander bewegliche Scheiben vorgesehen
sind. Ferner können derartige Festhaltefedern auch in Weichenantrieben verwendet
werden, in denen eine vom Antriebsmotor und eine von der Weiche her vorstellbare
Aushebescheibe vorgesehen sind.