Järnvägsväxel

En järnvägsväxel är en förgrening av ett järnvägsspår.

Animerad växelomläggning

Princip

Principen för en högerväxel.

En järnvägsväxel består dels av två rörliga växeltungor, som styr in flänshjulen till det ena eller andra spåret, dels av ett växelkryss eller hjärtstycke, där den vänstra grenens högra räls korsar den högra grenens vänstra räls. Växeltungorna manövreras vanligen av ett motoriserat växeldriv som även innehåller detektorer som bekräftar till säkerhetssystemet att växeltungorna verkligen ligger i rätt läge.

Växlar på Kvillsfors tidigare järnvägsstation

Dubbel korsningsväxel med 4 hopbyggda växlar

Typer

Höger-/vänster-/trevägs-/dubbel korsningsväxel

Vanligen har en växel ett rakläge och ett avgrenat vänster- eller högerläge. Vidare förekommer korsningsväxlar, där två rakspår möts och där man från vardera hållet kan växla över till det korsande spåret - således 4 sammanbyggda växlar. På rangerbangårdar där man ska sprida ut sig på många spår (i Hallsberg till exempel 32 stycken) finns även symmetriska växlar där både vänster- och högerlägena är kurvor.

Mot-/medväxelbegreppet

Man skiljer på motväxel, där man närmar sig växeltungornas spetsar (A i figuren), och medväxel där man kommer från en förgrening (från B eller C i figuren) och kör in på det gemensamma spåret. Alltså betyder begreppet motväxel att man kör in i växeln så att spåret förgrenas från ett till två spår och medväxel att man kör in i växeln så att två spår flätas sammat till ett gemensamt.

Växel på station

Växlar på stationer kan finnas på huvudtågfärdvägar eller sidotågfärdvägar. Beroende på deras lägen varierar behovet av signaltekniskt stöd för säkerheten. Växlar i huvudtågfärdvägar behöver vara förreglade - dvs de ingår i tågfärdvägar och kan inte läggas om godtyckligt utan beror på inbördes samband för att upprätthålla säkerheten för tågtrafiken. Huvudtågfärdvägarna är oftast de spår på en station som persontågen angör plattformarna. I sidotågfärdvägar behöver inte samma höga säkerhet upprätthållas utan man kan avskilja huvudtågfärdvägen med antingen en skyddsväxel eller spårspärr. Oftast finns oförreglade växlar på dessa sidospår som förekommer vid lastspår m.m.

Linjeväxel/Växel på linjeplats

Klotväxelställ

Linjeväxel är en trafikteknisk/trafiksäkerhets term som indikerar att en växel ligger på linjen mellan två stationer och inte ingår i en station. Linjeväxeln behöver bevakas på annat sätt än en på station förekommande växel. Termen förekommer fortfarande i Sverige men används inte officiellt längre där man refererar till växel vid linjeplats.

En växel till en linjeplats separerar ett stickspår från huvudlinjen, oftast för industriellt syfte. För att undvika oavsiktlig utkörning på huvudlinjen brukar man bygga antingen ett kort skyddsspår eller en spårspärr som skydd. Linjeplatsen är normalt försedd med signaler.

Tillfälliga växlar

Slängväxel

Slängväxel är ett uttryck för en tillfällig växel som används vid anslutning av spår som mycket sällan behöver kontakt med huvudlinjen. Slängväxeln är i princip en tillfällig ombyggnad av spåret för att komma åt spåret. Normalt handlar det åtkomst åt beredskapsspår eller transformatorer och omformare i bergrum.

Klätterväxel

Är en tillfällig växelanordning för att komma åt sällan använda sidospår. Normalt handlar det åtkomst åt beredskapsspår. Dock är denna växel mera instabil än slängväxeln.

Järnvägsväxelns tekniska uppbyggnad

Växeltungorna

Växeltungorna är böjliga i sidled (rälsfoten är lite smalare och rälslivet lite lägre) och avsmalnande, så att de sluter väl an mot rakspårets räler. Växeltungorna glider i sidled på plattor på rälsbefästningen. Glidytorna måste regelbundet smörjas. På moderna växlar vilar rälstungorna istället på permanentsmorda rullar. Avståndet mellan tungorna hålls konstant med en eller flera stänger. Detta avstånd mellan tungorna, skall vara så mycket mindre än spårvidden, så att inte ett flänshjul kan rulla in på fel sida. Växeltungorna manövreras antingen manuellt - klotväxel - eller maskinellt med ett eller flera växeldriv.

Om ett tåg råkar "köra upp" i en fellagd medväxel, så ska fästet mellan växeltungan och styrstången från växeldrivet brista. Detta så att tåget inte spårar ur. En växel som på så vis blivit uppkörd måste därför repareras.

För att förhindra fastfrysning av växeltungorna eller att snö och is hindrar sidorörelserna, så förser man växeltungorna och stödrälerna (de fasta räler som tungorna sluter mot) med elektrisk växelvärmning. Vidare monterar man vintertid plasthuvar över dragstängerna samt boardskivor och presenningsskydd utmed rälssidorna för att dels hindra snö att blåsa in och dels isolera mot värmeförluster.

Krökningsradie

En växel ges en viss krökningsradie (se spårgeometri) och därmed en viss högsta tillåtna hastighet STH genom den krökta grenen av växeln. Tidigare växlar hade en fast krökningsradie, vilket ger stora påkänningar, speciellt vid växeltungorna. Moderna växlar har linjärt förändrade radier, klotoidväxlar, vilka ger mindre påkänningar (se spårgeometri).

Växelomläggning/Växeldriv

Växlar kan antingen manövreras med elektriska växeldriv eller manuellt med växelomlägging via klotväxelställ. Till växelstället kan även en indikering i form av växelskärm, växellykta eller tablåsignal kopplas.

Klotväxel med växelskärm kopplad till växelställ, Sankt Olof

Växlar intar antingen normalläge eller sidoläge. Gul färg uppåt på ett växelklot indikerar att växeln ligger i normalläge. En växelskärm eller växellykta visar hur växeln ligger. Olika visningar förekommer för medväxel(när man kör in i växeln från två spår mot ett gemensamt) och motväxel (när man kör in i växeln så att spåret förgrenas från ett till två spår). Växlar tål normalt inte att man kör upp dom, dvs i medväxelriktning kör in i växeln när den ligger mot det andra spåret. Undantag finns med så kallade uppkörningsbara växlar med fjädrande tungor på vissa bangårdar där man normalt kör med enstaka fordon i låg hastighet - och då främst vid lokstallsområden.

Vid korta krökningsradier, till exempel på bangårdar, räcker det med endast ett växeldriv. Vid längre radier behövs två eller fyra växeldriv för att manövrera de längre växeltungorna, så att krökningen ansluter väl och stämmer med linjärförändringen av radien. Vid de två stationer som ansluter Arlandabanan till norra stambanan (Skavstaby och Myrbacken) tillåts mycket hög hastighet och därför användes långa tungor med 4 växeldriv och flera parallellstänger. På höghastighetsspåren nere i Europa kan växlarna ha upp till 6 växeldriv. Eftersom spåren ej kan lutas i en växel så ställer det större krav på krökningsradien. I Tyskland förekommer växlar godkända för 300 km/h på rakspår och 200 km/h på kurvspår.

Växelkryss/Hjärtstycke

Växelkorsning/hjärtstycke med styrskena/moträl

Växelkorsningen eller hjärtstycket (engelska frog), där rälerna korsar varandra, måste ha en viss korsningsvinkel för att flänshjulen ej ska kunna gå fel väg. Som extra säkerhet förser man växlarna med en styrskena, kallad moträl, utmed den motsatta rälen. På den korsande rälen finns också en styrskena kallad vingräl. Styrskenan sitter utanför hjulets fläns och tvingar hjulflänsen mot rälen och hindrar därmed det andra hjulet att hamna fel i krysset.

Vid lång krökningsradie och därmed höga hastigheter är vinkeln mellan de korsande rälerna för liten. I dessa fall används rörliga korsningstungor som eliminerar krysset. De rörliga korsningstungorna manövreras också med växeldriv - vanligen två stycken.

Växlar utsätts för höga påkänningar (sidokrafter). Befästningen är därför kraftigare än på rakspår (gröna e-clips i stället för röda). Stålet är vanligen manganlegerat för att få en mjuk stomme och en självhärdande yta (se järnvägsräls).

Spårledningsteknik

Spårledningar är utrustning som indikerar om ett tåg befinner sig på en viss sträcka eller ej. Detta sker genom mäta den elektriska ledningsförmågan mellan de två rälerna.

I-räl och S-räl

En växel måste ha isolerskarvar (se järnvägsräls) kring växelkryssets räler och rälstungorna liksom mot de anslutande spåren för att spårledningarna (I-räl) och drivströmmen (S-räl) ska fungera. I-räl och S-räl är svenska beteckningar men liknande principer gäller i andra länder. På figuren till vänster visas ett exempel på elektrisk hopkoppling av S-rälerna och I-rälerna i en krysstation:

• Vid anslutningarna mellan linjens dubbelspår (uppspåret och nedspåret) och krysstationen så låter man S-räl och I-räl byta sida. Det sker genom två kablar som korsar varandra (Z-koppling).
• Mellan växeltungorna och hjärtstyckena (växelkryssen) har man ännu en isolerskarv där S-räl och I-räl åter byta sida men utan någon Z-koppling.
• Mellan upp- och nedspårens växlar finns nästa isolerskarv, men med Z-koppling.
• Kopplingen betyder att en drivaxel alltid har kontakt med en S-räl för återledning av drivströmmen.
• Vidare kan säkerhetssystemets ställverk känna av vilka delar av krysstationen, där ett tåg befinner sig genom att olika spårledningar kortslutes av hjulaxlarna:
  • Den övre blåa I-rälen för tåg på nedspåret.
  • Den undre blåa I-rälen för tåg på uppspåret.
  • De två blåa I-rälerna till vänster mellan upp- och nedspåren för tåg genom den vänstra delen av krysstationen.
  • De två blåa I-rälerna till höger mellan upp- och nedspåren för tåg genom den högra delen av krysstationen.
• Vardera växeltungan är förbunden med sin anslutande räl med en kopparfläta för att garantera god elektrisk ledning (framgår ej av bilden).

Det finns dock många varianter på detta. Finessen är att säkerhetssystemet alltid har en extra spårledning i krysset och därför kan få information om att en växel just passeras av ett tåg.

Detektorer

I växeldriven finns detektorer som bekräftar till säkerhetssystemet och ställverket att växeltungan ligger i rätt läge. På nyare växlar har man dessutom detektorer placerade på växeltungan en bit ifrån växeldriven. De har en permanentmagnet på växeltungan som sluter en kontakt på underläggsplattan. Dessa detektorer ger ytterligare säkerhet mot urspårningar.

Studier har visat att växelfel ofta föregås av tröghet i omläggningen. Man har därför gjort försök med att mäta strömförbrukningen och omläggningstiden i växeldrivens elmotor. Bl. a. i Tierp. Hög ström betyder trög rörelse. Med GSM sker en rapportering till banunderhållare.

Längdutvidgning

För att förhindra skador på växeln finns spärrar mot längdförflyttning av rälerna vid temperaturändringar.

• 
  Höghastighetsväxel med 4 växeldriv. Observera skivorna som skyddar mot snö och is.
• 
  Rörlig korsningstunga vid höghastighetsväxel där Arlandabanan och Ostkustbanan möts (Skavstaby). Observera att den rörliga korsningen dras av två driv. Kortare växlar behöver bara ett korsningsdriv (t.ex. EV-60E-300-1:9).
• 
  Isolerskarv med Z-koppling där S-räl och I-räl byter sida.
• 
  Exempel på elektrisk koppling av S-räler och I-räler i en krysstation
• 
  Den lilla lådan är en detektor som känner av växeltungans läge. Observera "borstarna" som ska skydda mot snödrev i det utsatta läget vid Grundbro mellan Läggesta och Strängnäs.
• 
  En spärr mot längdutvidgning av rälsen.

Montering

Moderna växlar levereras förmonterade från fabrik, lutande på högkant på speciella järnvägsvagnar. Vid utbyte lastas den gamla växeln på samma vagn och kan ofta renoveras. Växlar har historiskt varit en källa till urspårningar. Moderna växlar är avsevärt säkrare, men fortfarande krävs regelbundet underhåll och kontrollmätningar.

Användning

Triangelspår

• Vid järnvägsknutar där en avgrening sker till en helt annan bana. En avgrening kan gå i endast en riktning, som i Herrljunga, där tågen från Borås svänger in mot Göteborgshållet på västra stambanan men leds vidare åt Stockholmshållet när det ska ut på banan mot Uddevalla - dvs tåget måste byta körriktning.

• Avgreningen kan även gå åt bägge hållen som i Laxå där tåg från Karlstad direkt kan svänga mot antingen Göteborg eller Hallsberg. Det kallas triangelspår. I ett sådant kan hela tåg vändas genom att först köra framåt längs triangelns ena ben för att sedan backa längs det andra till tredje växeln och slutligen köra framåt längs det tredje benet tillbaka till den första växeln.

• På bangårdar där spåren typiskt förgrenar sig på ett antal parallella sidospår som sedan åter grenar ihop sig.

Krysstation

• Vid krysstationer som finns på dubbelspår för att tillfälligt kunna köra på enkelspår vid banunderhåll (eller för att tillfälligt kunna köra på högerspår vid omkörningar av långsammare tåg på vänstra spåret). En krysstation har vanligen först en motväxel mot högerspåret, sedan en medväxel in på högerspåret, sedan en motväxel åter mot vänsterspåret och slutligen en medväxel in på vänsterspåret.

• Som skyddsväxel vid anslutning av sidospår till huvudspår för att hindra att tåg oavsiktligt kan rulla ut på huvudspåret, där trafik förekommer. Skyddsväxeln leder ut till ett kort säkerhetsspår som avslutas med en stoppbock.

Antalet växlar i Sverige var 2007 ca 12000.

Tillförlitlighet

Växlar står för över 25% av förseningarna i tågtrafiken^{[källa behövs]}. De flesta felen orsakar detektorerna och växeldriven^{[källa behövs]}. Underhållet blir dyrt på högbelastade linjer, eftersom serviceintervallen blir korta på grund av den höga belastningen.

Se även

• Växeldriv

Referenser

• Handbok rörande Banverkets växeldriv; BVH 521.112
• Banverkets handbok om rörliga krysstungor; BVH 523.300
• Långsiktigt spårväxelunderhåll, Risberg/Mitropoulos, Lunds tekniska högskola
• Detektor (järnväg)

Externa länkar

Videopresentation: Växlar med och utan rörlig korsningsspets