Weichengeometrie:

Weichen weisen gegenüber dem durchgehenden Gleis eine Unterbrechung des Fahrkantenverlaufs und somit der Spurführung der Radsätze auf, die eine genaue Abstimmung der Spurführungsmaße im Hinblick auf die Gewährleistung der Laufsicherheit und der Laufruhe erfordert. Die Fahrbahn der Weiche soll geometrisch so gestaltet werden, dass sie sich mit möglichst wenigen Einschränkungen in die geometrische Gestaltung der Gleise einfügt. Dabei ist dem Fahrkantenverlauf besondere Bedeutung beizumessen, da er die Fahrdynamik und den Erhaltungsaufwand wesentlich beeinflusst. Günstige Fahrbedingungen werden durch stetigen Verlauf der Krümmungslinie und wenige Fahrkantenunterbrechungen erreicht. Die Forderungen nach einem günstigen Fahrkantenverlauf im Stamm- und Zweiggleis sind verschieden. Während das Stammgleis in der Regel ohne Geschwindigkeitsbeschränkungen mit Streckengeschwindigkeiten befahren werden kann, ergibt sich für das ohne Überhöhungen und ohne Übergangsbogen angeordnete Zweiggleis eine Geschwindigkeitsbeschränkung, die um so größer ist, je kleiner der Zweiggleishalbmesser ist.

Weichen


In der Praxis bedeutet das, dass eine abgestimmte Stufenreihe von Zweiggleisradien eingeführt werden muss, die einerseits allen betrieblichen Erfordernissen genügen und anderseits wirtschaftlich sein müssen, da die Bevorratung standardisierter Weichenteile nicht unendlich sein kann. Die hier genannten Charakteristika aller Anforderungen, die auf eine Weiche einwirken, lassen erkennen um wie viel größer die Belastung der Baustelle ist, als beim Durchfahren eines einfachen Kreisbogens. Das äußert sich besonders in der plötzlich auftretenden Seitenbeschleunigung (Fliehkraft) bei der Einfahrt in das Zweiggleis. Ganz extrem werden die auf das Gleis wirkenden Kräfte, wenn Gleisverbindungen oder Weichenstraßen befahren werden, da hier die Seitenbeschleunigungen rasch wechseln und die Fahrzeuge ruckartig bewegt werden.
Somit muss bei der geometrischen Gestaltung von Weichen den folgenden Parametern besonderes Augenmerk gewidmet werden:

  • dem Fahrkantenverlauf,
  • dem exakten Anschluss der Weichenzunge an die Backenschiene,
  • der Größe der Spur– und Rillenspiels sowie der Einlaufneigungen,
  • den Voraussetzungen zur Herstellung von Bogenweichen und
  • den Standardisierungsgrundlagen.

Zu vermeiden sind geometrische Zwangslagen sowie Überhöhungsrampen und Neigungswechsel in Weichen.

Allgemeingültige geometrische Parameter:
Bei der geometrischen Gestaltung der Weichen sind im Gegensatz zum Gleis zusätzliche Parameter für das Zusammenwirken von Weiche und Fahrzeug zu berücksichtigen. Diese wichtigen Parameter der Weichengeometrie sind:

  • die Spurführungsmaße der Weiche und der Fahrzeuge
  • die Zweigleishalbmesser der Weichengrundform und
  • die Weichenneigung.

Spurführungsmaße:

DoppeltekreuzungsweicheDer Name sagt es bereits:
Mit dieser Bezeichnung sind Maße gemeint, die eine sichere und fahrdynamisch gute Führung der Radkränze über die zahlreichen Lücken und führungslosen Stellen einer Weiche/Kreuzung gewährleisten. Nirgendwo im Gleis ist das enge Zusammenwirken zwischen Rad und Schiene so entscheidend, wie im Weichenbereich. Es wird in Spurführungsmaße am Gleis und solche am Fahrzeug unterscheiden. Wichtiges Spurführungsmaß am Gleis ist die Spurweite (S). Sie ist das kleinste Maß zwischen den Schienenköpfen eines Gleises und sie beträgt bei Normalspurbahnen (14 mm unter Schienenoberkante SO) 1435 mm. Spurerweiterungen sind bis zu 35 mm unkritisch und teilweise sogar gewollt. Spurverengungen hingegen sind wesentlich einschneidender für die Fahrsicherheit, weshalb hier die Toleranzen nur wenige Millimeter (max. 5 mm) betragen. Die Rillenweite (R) charakterisiert den Abstand zwischen den Fahrkanten der Führungsschiene (39 mm bei der Deutschen Bahn AG) und der dazu gehörigen Fahrschiene quer zur Gleisachse. Die Einhaltungen dieses Maßes ist insofern von Wichtigkeit, da zu enge Rillenweiten zum Aufklettern und somit zum Entgleisen von Fahrzeugrädern führen. Zu große Rillenweiten andererseits bilden große Lücken im Gleis, in die die Räder schlagartig einsinken. Hoher Verschleiß und schlechte Fahrkultur sind die Folge.
Schließlich gehört noch die Leitweite (L = 1394 mm) zu den Spurführungsmaßen am Gleis. Sie charakterisiert den Abstand zwischen der Fahrkante des Radlenkers und der Herzstückspitze. Dieses Maß gewährleistet, dass beim Anlaufen der Radrückenfläche an den Radlenkern das andere Rad des Radsatzes noch sicher über die Herzstückspitze läuft. Alle Spurführungsmaße am Gleis werden mit einem kombinierten Weichenspurmaß für Weichen gemessen. Die Spurführungsmaße am Radsatz jedoch werden im Herstellerbetrieb oder im Ausbesserungswerk auf der Radsatzdrehbank überprüft und gelten für gewöhnlich bis zur nächsten planmäßigen Überprüfung.

Zweiggleishalbmesser:
Weichen müssen im Hinblick auf die Verzweigung von Fahrwegen bestimmten betrieblichen Forderungen gerecht werden. Im Laufe der Entwicklung haben sich im Wesentlichen zwei Gruppen herausgebildet, die diesen Forderungen weitgehend genügen.
Während die eine Gruppe Weichen mit großem Zweiggleishalbmesser und flacher Neigung, eine Verzweigung der Fahrwege für mittlere und hohe Geschwindigkeiten im Zugfahrbereich ermöglichen, kann mit Hilfe der zweiten Gruppe, kleiner Zweiggleishalbmesser und steile Neigung, eine günstige Gleisplangestaltung der Bahnhöfe im Rangierbereich erreicht werden.

Die Parameter:

  • Zweiggleishalbmesser R und
  • Weichenneigung 1:n

bestimmen geometrisch die Weichenform. Die Halbmesser beziehen sich bei Reichsbahnen– und DB-Weichen auf die Gleisachse, bei Länderweichen die nicht mehr gebaut werden, aber noch im Gleisnetz der Deutschen Bahn AG vorhanden sind, auf den äußeren Schienenstrang des Zweiggleises. Bei der Wahl des Zweiggleishalbmessers für eine einfache Weiche ist außer der Bogenläufigkeit der Fahrzeuge die zulässige Geschwindigkeit auf dem Zweiggleis maßgebend. Diese wird im wesentlichen durch Bestimmungsgrößen beeinflusst, die jede Bahnverwaltung nach eigenem Ermessen festlegt. Grundlage dieser Ermessenskriterien ist, dass Weichen in der Regel wie Gleise in gleicher Lage befahren werden können. Gerade Stammgleise sollten danach mit der zulässigen Streckengeschwindigkeit abzweigende Bogengleise mit der für den jeweiligen Radius (ohne vorhandene Überhöhung) vorgeschrieben Geschwindigkeit befahren werden. Als Bestimmungsgrößen werden dazu die Seitenbeschleunigungen, der Seitenruck und die Beschleunigungsdifferenz genannt. In den Vorschriften der Deutschen Bahn AG werden als Grundlage für die Berechnung von Weichen die dafür zulässigen Werte genannt. Als Zweiggleishalbmesser wurde bei geraden Reichsbahnweichen folgende Staffelung gewählt: R = 190, 300, 500 und 1200 m. Der kleinste Zweiggleishalbmesser von R = 190 m wurde festgesetzt.

Weichen


Weichenneigungen:
Definition: Die Neigung einer Weiche ist der Tangens des Weichenwinkels, ausgedrückt im Verhältnis 1: n.

Gewöhnlich werden Winkel in Grad (genauer in Altgrad 360 °) gemessen. Verwirrend ist zunächst die Bezeichnung einer solchen geometrischen Situation als Neigung, weil es ja bei einer Weiche nicht nach unten geht, sondern sich dieser Winkel in der Horizontalen darstellt. Noch verwirrender ist außerdem für viele die Größenangabe dieser Neigung als Bruch. Klarheit in diese Verwirrung bringt der trigonomische Grundsatz: Im rechtwinkligen Dreieck ist der Quotient aus Gegenkathete und Ankathete gleich dem Tangens des eingeschlossenen Winkels.

Die Weichenneigung wird beeinflusst durch

  • die Größe des Zweiggleishalbmessers und
  • die konstruktiven Bedingungen am Weichenende.

Die erste Bedingung, die sehr pragmatisch zu einer Weichenneigung führt, ist die, das die beiden Schienen des Herzstückes am Weichenende mindestens einen solchen Abstand voneinander haben müssen, das sie getrennt auf der Stoßschwelle befestigt werden können. Mit diesem Spreizmaß und dem nach der zulässigen Geschwindigkeit ausgewählten Zweiggleishalbmesser erhält man rechnerisch eine Zahl, die ganzzahlig auf die festgelegten Neigungen gerundet wird. Als Regelneigung wird so das Verhältnis 1:9 festgelegt. Damit können die Doppelten Herzstücke der Kreuzungen und Kreuzungsweichen betriebssicher befahren werden, was bei Neigungen größer als 9 nicht mehr der Fall ist. Weiterhin war diese Neigung im Gleisnetz von mehreren früheren Ländereisenbahnverwaltungen (z. B. Preußen, Hessen, Bayern, Württemberg, Oldenburg) bereits eingeführt. Weichen und Kreuzungen mit Regelneigungen werden den regelweichen und Regelkreuzungen genannt, solche mit größeren Neigungen als Steilweichen/Steilkreuzungen und solche mit kleineren Neigungen als Flachweichen und Flachkreuzungen.

Darstellungen und Aufbau von Weichen und Kreuzungen werden je nach ihrem Verwendungszweck im Bild unterschiedlich dargestellt. Dabei unterscheidet man,

Fahrkantenbild:
Zeichnungen, auf denen die Schienenstränge dargestellt werden.

Linienbild:
Zeichnungen, auf denen die Gleisachsen dargestellt werden.



Quelle:
Beschreibungen mit Genehmigung auszugsweise aus „Weichen & Kreuzungen auf Modellbahnanlagen“ vom Transpressverlag, Autor Georg Kerber und Foto-Autor Andreas Stirl

Quelle: Bilder von Thorsten Schaeffer

 
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