Weichen

In der Anlage sind insgesamt 28 Weichen installiert, über die Züge zwischen den verschiedenen Streckenabschnitten wechseln können. Weichen funktionieren meistens nach dem selben Prinzip, von einem gerade verlaufenden Hauptgleis zweigt ein Nebengleis ab. Bewegliche Metallzungen im Inneren der Weiche leiten einen einfahrenden Zug auf den gewünschten Gleisabschnitt. Ein Weichenantrieb bewegt die Zungen in die dafür nötige Stellung, dies kann manuell erfolgen, in der Anlage übernehmen insgesamt 30 elektrisch steuerbare Antriebe diese Aufgabe.

Weichengruppe am Eingang der Bahnhöfe

Die Antriebe kennen zwei Einstellungen, im Ruhezustand sind die Zungen für eine Weiterfahrt auf dem Hauptgleis eingestellt, für das Nebengleis muß der Antrieb aktiv umgestellt werden. Weichen werden danach unterschieden, in welche Richtung der Zug vom Hauptgleis der Zug abzweigen kann. Liegt das Nebengleis links vom Hauptgleis, spricht man von einer linken Weiche, entsprechendes gilt für die rechte Seite.

In der Bahnanlage sind neben den normalen Weichen noch zwei Varianten der beschriebenen Konstruktion verbaut. Die Bogenweichen in den Zufahrten zum Kicking Horse Pass Bahnhof sind länger als normale Weichen, außerdem ist bei ihnen auch das Hauptgleis leicht gebogen. Davon abgesehen funktionieren sie wie beschrieben. Ganz anders arbeiten die Kreuzungsweichen, sie können in mehreren Richtungen überquert werden und verfügen über zwei Antriebe.

Antriebe

Eine Weiche benötigt einen passenden Antrieb, beispielsweise gehört zu einer linken Weiche auch ein linker Antrieb. Dieser besteht dann hauptsächlich aus zwei Spulen, in denen ein beweglicher Metallkern gelagert ist. Fließt ein ausreichend hoher Strom durch eine der beiden Spulen, zieht sie den Metallkern in sich hinein und bewegt eine mit dem Kern verbundene Wippe, die alle weiteren Aktionen auslöst. Insbesondere drückt ein mit ihr verbundener Federdraht auf den mechanischen Teil der Weiche und stellt so die Weichenzungen.

Am anderen Ende hält eine Feder die Wippe in ihrer Position, gleichzeitig betätigt sie einen Umschalter, die sogenannte Endabschaltung des Antriebes. Ein Anschluß jeder Spule ist über ein rotes beziehungsweise grünes Kabel nach außen geführt. Die anderen Anschlüsse sind mit der Endabschaltung verbunden, der Umschalter verbindet einen von ihnen mit dem schwarzen Kabel. Befindet sich die Weiche in der Ruhestellung, kann die rechte Spule über den roten und schwarzen Draht angesteuert werden, der Stromkreis der anderen Spule ist unterbrochen. Sobald die Weiche in die neue Stellung umgesprungen ist, vertauscht die Endabschaltung die beiden Rollen. Jetzt kann die linke Spule über den grünen und schwarzen Draht angesprochen werden, während der Stromkreis der rechten Spule unterbrochen ist. Auf diese Weise muß die Ansteuerung nur aus einer Spannungsquelle und einem Umschalter bestehen.

Elektrischer Antrieb an einer Weiche

Zuletzt betätigt die Wippe noch einen weiteren Umschalter, der aus einem Federdraht und zwei Kontakten in der Nähe der Stromzufuhr besteht. Die drei Anschlüsse sind über die Buchsen A bis C nach außen geführt. Der Mittelkontakt B wird mit A verbunden, wenn der Antrieb die Weiche auf das Hauptgleis eingestellt hat, für das Nebengleis wird B mit C verbunden. Diese Vorrichtung ist dafür konzipiert, die Herzstücke der Weiche mit Strom der richtigen Polarität zu versorgen.

Elektrische Eigenschaften

Die Spulen werden mit einer Gleichspannung von mindestens 12 bis 14 Volt angesteuert, häufig wird auch Wechselspannung in der selben Höhe benutzt. Der ohmsche Widerstand einer Spule liegt bei 17 Ohm, die Induktivität mit Metallkern bei grob 5 mH, was beim Betrieb mit 50 Hertz Wechselspannung die Impedanz um rund 1,5  Ohm erhöht. Im gesamten Betriebsbereich fließt somit ein Strom von 600 bis 800 Milliampere, ein Schaltvorgang dauert etwa 10 Millisekunden und verbraucht eine Ladung von 2,5 Millicoulomb bei 12 Volt.

Die Endabschaltung erzeugt beim Unterbrechen des Stromkreises einen kräftigen Abrißfunken, der elektromagnetische Störungen in der Versorgungsspannung sowie benachbarten Kabeln und Schaltungen hervorrufen kann. Mit dem Antrieb verbundene Meßgeräte zeigen eventuell in dem betreffenden Zeitraum falsche Daten an, aber auch in der Nähe befindliche Logikschaltungen können Fehlfunktionen aufweisen. Dies war einer der Gründe für die Probleme im ersten Aufbau der Bahn. Die Störungen können durch extern angeschlossene Kondensatoren und Freilaufdioden abgeschwächt werden, es empfiehlt sich trotzdem, die Antriebe über eine galvanisch getrennte Stromquelle zu betreiben und die Leitungen von und zu den Antrieben mit möglichst großem Abstand von anderen Kabeln und Bauteilen zu verlegen.

Herzstücke

Wenn ein Zug eine Weiche passiert, legt er dabei einen ganz bestimmten Weg über mehrere getrennte Gleisabschnitte innerhalb der Weiche zurück. Dabei muß sichergestellt sein, daß alle Abschnitte mit Strom versorgt sind und die korrekte Polarität besitzen, sonst könnte der Zug auf dem Abschnitt stehen bleiben oder mit seinen Rädern einen Kurzschluß verursachen. Die meisten dieser Abschnitte werden in den Weichen fest untereinander und mit den nach außen führenden Schienen verbunden. Die einzige Ausnahme bildet das sogenannte Herzstück, das in beiden möglichen Wegen enthalten ist.

Wie in dem folgenden Foto deutlich zu erkennen ist, darf das gelb markierte Herzstück nicht fest mit einem der beiden Gleise (rot oder blau) verbunden werden. Dies würde abhängig von der Fahrtrichtung des Zuges zu einem Kurzschluß führen. Stattdessen muß das Herzstück passend zur Einstellung der Weiche mit den Gleisen verbunden werden, im obigen Beispiel mit der blauen Schiene für das Hauptgleis und mit der roten für das Nebengleis. Dieser Vorgang heißt Polarisation des Herzstückes und wird von dem Weichenantrieb übernommen, wenn dieser mit den entsprechenden Anschlüssen im Gleisbett verbunden ist.

Elektrische Verbindungen innerhalb einer Weiche

Durch die Polarisation der Herzstücke muß eine Weiche auch dann richtig gestellt sein, wenn dies aus rein mechanischen Gründen nicht nötig wäre. Im Foto könnte ein von oben rechts kommender Zug die Weiche trotz falscher Einstellung passieren, seine Räder würden die Weichenzungen beim Überqueren in die richtige Position drücken. Durch das falsch gepolte Herzstück würde aber jedes einzelne Rad einen Kurzschluß der Gleise verursachen. Für jeden Weg, auf dem eine Weiche überquert werden kann, gibt es daher immer genau eine richtige Einstellung der Weichenantriebe.

Kreuzungsweichen

Kreuzungsweichen vereinen die Eigenschaften einer Eisenbahnkreuzung und einer Weiche. Sie können aus zwei Richtungen auf geradem Weg überquert werden, zusätzlich kann ein Zug entlang der gebogenen Schiene am Rand von einem Gleis auf das andere wechseln, falls die Zungen entsprechend gestellt sind. Mit zusätzlichen Führungsschienen, insgesamt vier Weichenzungen und zwei Herzstücken verfügt die Kreuzungsweiche über eine komplexe Mechanik, die von zwei linken Antrieben gesteuert wird. Dadurch sind insgesamt vier Einstellungen möglich, von denen eine für den Fahrbetrieb verboten ist, da sie immer zu einem Kurzschluß führt. Die übrigen drei entsprechen jeweils genau einer erlaubten Fahrtrasse.

Elektrische Verbindungen innerhalb einer Kreuzungsweiche

In diesem Foto sind die beiden Herzstücke gelb und grün eingefärbt, der obere Antrieb steuert das linke, der untere das rechte. Beide Antriebe müssen richtig geschaltet sein, damit auf dem Weg des Zuges über die Weiche alle Schienenstücke auf beiden Seiten gleich polarisiert sind. In der Abbildung wären alle Schienenstücke auf einer Seite des Weges blau und auf der anderen Seite rot, inklusive der Herzstücke.

Eine Erweiterung der Kreuzungsweiche erlaubt ein nahezu beliebiges Wechseln zwischen den Gleisen. Sie enthält eine zweite gebogene Schiene am Außenrand und heißt daher doppelte Kreuzungsweiche. Bei ihr bekommt die ungenutzte Einstellung der Antriebe eine Bedeutung, sie schaltet die Weiche auf ein Abbiegen entlang der neu hinzugekommenen Schiene um. In der Anlage wurden aber keine doppelten Kreuzungsweichen eingebaut.

Stephan Höhrmann
Letzte Änderung am 02.03.2006