Warum Weichen geschmiert werden
Eine leichtgängige Bewegung der Weichenzungen ist entscheidend für sichere, zuverlässige Weichen und Kreuzungen. Beim Umstellen gleitet die Zunge über die Gleitstühle, und ohne Gegenmaßnahme ist die Reibung groß: Der Weichenantrieb muss schwerer arbeiten, und der Umstellvorgang wird weniger zuverlässig. Schmieren ist die klassische Antwort. Es hält die Bewegung leichtgängig, solange es regelmäßig geschieht.
Dieser Vorbehalt ist zugleich der Kern dieses Beitrags. Wer die Reibung in einer Weiche beherrschen will, wählt in der Praxis zwischen drei Wegen: weiter schmieren, die Zunge auf Rollen legen oder die Zunge beim Umstellen anheben. Im Folgenden stellen wir sie nebeneinander, beginnend mit der Frage, woher diese Reibung eigentlich kommt.
Wie die Reibung beim Umstellen entsteht
Die Weichenzunge ist ein langes, schweres Stück Schiene, das mit seinem vollen Gewicht auf einer Reihe von Gleitstühlen ruht. Bei jedem Umstellvorgang verschiebt sich die Zunge um einige Dutzend Millimeter in Querrichtung, und ohne Zwischenschicht gleitet dabei trockener Stahl über Stahl. Der Weichenantrieb muss diesen Widerstand bei jedem Umstellen überwinden. Alles, was die Bewegung schwerer macht, schlägt sich unmittelbar in der Stellkraft und in der Zuverlässigkeit der Endlage nieder; umgekehrt verlängert das Minimieren der Reibung die Lebensdauer der Weichenantriebe und trägt zu einer höheren Verfügbarkeit des Gleises bei.
Die Folgen eines Umstellvorgangs, der nicht sauber verläuft, sind im niederländischen Netz gut sichtbar. Probleme mit zu geringem Spurkranzspiel oder Spurverengung treten vor allem bei Weichen mit relativ langen Weichenzungen auf, und leicht verformte Zungen liegen oft nicht sauber an der Backenschiene an. Bei Weichen mit nur einem Antrieb besteht zudem das Risiko, dass das Maß für den freien Raddurchlauf nicht erreicht wird, sodass das hintere Ende der abliegenden Zunge von den Spurkränzen eines vorbeifahrenden Zuges getroffen werden kann. In den Niederlanden werden jährlich Hunderte Weichen auf diese Weise angefahren. Die wechselnde Belastung, die dabei auf die Weichenbauteile wirkt, führt zu Ermüdung, Verschleiß oder Schlimmerem.
Was das Schmierregime kostet
Geschmierte Gleitstühle sind ein wiederkehrender Kostenfaktor, kein gelöstes Problem. Schmiergänge verlangen immer wieder Personal und Zugang zum Gleis, und dafür sind Sperrpausen nötig. Und das Fett bleibt nicht, wo es hingehört: Ein Teil wird ins Schotterbett und in den Boden gespült. Schmieren ist damit neben einem Instandhaltungsposten auch ein Umweltposten.
Das Regime löst zudem nichts dauerhaft. Wer ohne Alternative mit dem Schmieren aufhört, sieht die Reibung und damit den Verschleiß sofort zurückkehren. Die Schmiergänge halten das Problem beherrschbar, solange sie weiterlaufen, und genau deshalb stehen sie in jeder Planperiode erneut auf dem Programm.
Rollen: die Zunge teilweise anheben
Seit Jahrzehnten wird das Schmieren der Gleitstühle durch Rollensysteme ersetzt, die die Weichenzunge teilweise anheben, wenn sie in die offene Lage bewegt wird. Das funktioniert, und es ist breit im Einsatz. Es gibt allerdings Bedingungen. Jede Weichenzunge braucht in der Regel zwei oder drei Rollen, und eine gute Funktion setzt eine korrekte Justierung und einen guten Lagerzustand jeder einzelnen voraus; in der Praxis ist das nicht immer gegeben. Das Anheben ist zudem nur teilweise: Die Zunge wird vor allem in der offenen Lage getragen. Und gerade eine Zunge, die in offener Lage auf Rollen ruht, kann von vorbeilaufenden Rädern getroffen werden und anschließend wiederholt zurückfedern.
Für Infrastrukturbetreiber, die ihre Rollen sorgfältig pflegen, ist das ein gangbarer Weg. Der Instandhaltungsbedarf verschiebt sich nur: von Schmiergängen zu Justierungs- und Lagerkontrollen.
Die Zunge anheben: der bistabile Pendelblock
Der dritte Weg packt die Reibung selbst an. Ein kippbarer Kunststoffblock, montiert zwischen zwei Weichenschwellen etwa auf halbem Weg zwischen Zungenspitze und Zungenwurzel, dreht sich um eine Stahlwelle. Diese Welle ist Teil eines Rahmens, der unter den Gleitstühlen zweier Schwellen montiert wird. Der Block hat die Form eines asymmetrischen Drachens, der um seinen tiefsten Punkt rotiert, mit zwei flachen Auflageflächen, auf denen die Zunge ruht.
Sobald der Weichenantrieb den Umstellvorgang beginnt, kippt der Block mit der horizontalen Bewegung der Zunge mit. Eine aufstehende Lippe auf der einen und eine Feder auf der anderen Seite halten Block und Zunge synchron, auch wenn der Block kurz den Kontakt zur Zungenunterseite verliert, etwa bei einer leicht nach oben gebogenen Zunge. In der Mitte des Umstellwegs ist die Zunge um mehr als 6 mm von den Gleitstühlen abgehoben, über nahezu die gesamte Länge. Von diesem höchsten Punkt an erledigt die Schwerkraft den Rest: Die potenzielle Energie der angehobenen Zunge vollendet die Umstellbewegung und bringt die Zunge fest in die geschlossene oder offene Endlage.
Diese beiden flachen Auflageflächen bilden den Kern des bistabilen Prinzips. In beiden Endlagen liegt die Zunge stabil auf und kann horizontal nicht wandern. Die eine Auflagefläche liegt 3 mm weiter vom Drehpunkt entfernt als die andere, sodass die abliegende Zunge 3 mm über den Gleitstühlen liegt. Die Spurweite bleibt damit gesichert, unabhängig von Rollenjustierung oder einer leichten Verformung der Zunge, und Spurkranzrückenkontakt wird verhindert. Das Lager ist Polyamid auf einer Stahlwelle; durch den großen aktiven Radius des Blocks ist die Reibung nahezu null, und der Mechanismus benötigt während der gesamten Lebensdauer kein Schmiermittel. Weil der Hub mehr als 6 mm beträgt, genügt meist ein Gerät pro Weichenzunge, also zwei pro kompletter Weiche, abhängig vom Weichentyp.
Auch dieser Weg verlangt Sorgfalt. Die optimale Position des Geräts hängt von Länge und Steifigkeit der Weichenzunge ab und unterscheidet sich je nach Weichentyp, und das Pendel muss bei der Montage unter der geschlossenen Zunge justiert und gesichert werden.
Wohin die Instandhaltung wandert
Alle drei Wege halten eine Weiche umstellbar; sie unterscheiden sich vor allem darin, wohin die Instandhaltung wandert. Beim Schmieren kehren die Schmiergänge zurück, solange die Weiche liegt. Bei Rollen entfallen die Schmiergänge, an ihre Stelle treten aber Justierung und Lagerzustand von zwei oder drei Rollen pro Zunge. Beim Hebeprinzip bleibt eine Sichtkontrolle übrig, dazu eine periodische Drehmomentkontrolle der Schrauben und eine Kontrolle nach dem Stopfen. Der Unterschied liegt auch darin, was passiert, wenn die Instandhaltung einmal liegen bleibt: Beim Schmieren und bei Rollen kehren Reibung oder Spiel dann schleichend zurück, beim Hebeprinzip arbeitet der Mechanismus selbst unverändert weiter.
Wo wir dabei stehen
Für diesen letzten Weg haben wir DeltaSwitch entwickelt. Das System ist für alle Weichentypen und für hohe oder niedrige Zungenprofile geeignet, wird vormontiert geliefert und lässt sich mit Standard-Gleiswerkzeug in etwa einer Stunde pro Weiche montieren; am Weichenantrieb sind keine Änderungen nötig. Das Gerät hält über 25 Jahre, ist in den Niederlanden in eine ProRail-Produktspezifikation aufgenommen, in Deutschland vom Eisenbahn-Bundesamt zugelassen und von Dekra Rail mit Prüfstand- und Streckenversuchen validiert. Bewährt im Einsatz in den Niederlanden, Belgien und Kanada.
Der faserverstärkte Pendelblock mit Zugfeder, unter der Weichenzunge.