Wisselbediening en Controle
Het wissel is een middel om treinen van spoor te kunnen laten veranderen.
Het primaire doel van een wissel is dus om een trein van spoor te kunnen laten wisselen, maar een wissel kan ook een rijweg, rangeergebied of werkzone beschermen tegen het binnenrijden van een trein. Door een wissel in een bepaalde stand te leggen zal een trein in een bepaalde richting gestuurd worden waardoor de trein de geplande route zal volgen en dus een bepaald gebied achter het wissel juist niet kan bereiken.
Naast het gewone enkele wissel bestaan nog een aantal varianten. Het wissel zelf behoort tot de bovenbouwconstructies als onderdeel van het draag- en geleidingsysteem. Voor het seinwezen is de bediening, aandrijving, detectie/vergrendeling en de signalering van de veilige berijdbaarheid van het wissel van belang, als onderdeel van de functievervullers voor ontsporingspreventie en rijwegintegriteit.
Wisselsteller
Een wisselsteller is het onderdeel van het bedieningsmechanisme van een wissel, dat de fysieke heen en weer beweging van de wisseltongen verzorgt.
Hier zijn verschillende uitvoeringen van, afhankelijk van de bediening van een wissel, maar ook qua technische implementatie. Het meest voorkomende type bij ProRail is de NSE wisselsteller met intern een elektromotor en een aandrijf-, controle- en vergrendelmechanisme. Zie het oranje cursusboek “Het Wissel” deel 1, hoofdstuk 2 voor een beschrijving van de constructie en de werking. Daarnaast komt in Nederland de Ebiswitch en een hydraulisch aangedreven wisselsteller voor.
Eén wissel kan 1 of meerdere stellers hebben. De meeste wissels hebben er 1; hogesnelheidswissels hebben er meestal 2 of meer.
Typen wissels
Er bestaan veel verschillende types wissel, zoals enkele en gekoppelde wissels en hele en halve Engelse wissels, wissels met een of meer aandrijvingen en met of zonder beweegbaar puntstuk. Wissels komen ook voor in bogen en in varianten die een spoor in meerdere sporen, bijvoorbeeld drie, verdelen en zelfs in constructies die meerdere spoorbreedtes combineren. Deze types zullen hier beschreven worden, voor zover dat relevant is voor een begrip van de beveiligingsfunctionaliteit
Enkel wissel
Het eenvoudigste type wissel is het enkele wissel; de meeste andere types wissel kunnen gezien worden als een combinatie van enkele wissels in een of andere vorm. Een enkel wissel bestaat uit drie delen, de tongbewegingen (switch panel), een puntstuk (crossing panel) en het gedeelte er tussenin met de tussenspoorstaven (closure panel), dat de tongenweging met het puntstuk verbindt. Een tongbeweging bestaat uit de vaste aanslagspoorstaaf en een beweegbare tong waarbij, afhankelijk van de stand het wissel in één tongbeweging de tong tegen de aanslagspoorstaaf ligt zodat een over het wissel rijdende trein in een bepaalde richting geleid wordt (de aanliggende tong) en van de andere tongbeweging de tong zover van de aanslagspoorstaaf af ligt dat de wielen aan die kant tussen de aanslagspoorstaaf en de tong door kunnen rijden. Ter hoogte van het puntstuk moeten de wielen een opening waarin ze niet kunnen worden geleid overbruggen. Daar worden strijkregels geplaatst die de binnenkant van het tegenoverliggende wiel geleiden, om te voorkomen dat de flens van het ter plekke ongeleide wiel tegen de spitse punt van het puntstuk rijdt.
Figuur 1 toont een enkel wissel met de benaming van de belangrijkste onderdelen. Voor een compleet overzicht van wissels en kruisingen en de benamingen van de onderdelen zie de norm NEN EN13232-1
Een enkel wissel heeft een voorzijde en een linker- en een rechter achterzijde. In de linker stand van het wissel wordt de trein van de voorzijde naar de linker achterzijde van het wissel of vice versa geleid, in de rechter stand van de voorzijde naar de rechter achterzijde of vice versa.
Wanneer een trein een wissel van de voorzijde naar een van de achterzijden berijdt, wordt het wissel "tegen de punt in" bereden; als de trein van een van de achterzijden naar de voorzijde rijdt zeggen we dat het wissel "met de punt mee" bereden of "uitgereden" wordt.
Wanneer een trein het wissel een wissel met de punt mee berijdt terwijl het wissel niet in de juiste stand ligt voor die beweging, worden de tongen van het wissel door de trein in de andere stand geforceerd. Het wissel wordt dan "open gereden" en door deze geforceerde tongbeweging kan het wissel beschadigd raken. Daarom mag een wissel nadat het open gereden is, niet meer door een trein bereden worden voordat het wissel geïnspecteerd en zo nodig gerepareerd is.
Een enkel wissel wordt, afhankelijk van de hoekverhouding, bediend door een of meer wisselstellers. Wissels met een grote hoekverhouding, bijvoorbeeld 1:9, hebben korte tongen en om deze te bewegen is één steller voldoende. Wissels met een kleine hoekverhouding, die met hogere snelheden in de afleidende stand kunnen worden bereden, hebben veel langere tongen en om ervoor te zorgen dat deze tongen juist liggen zijn meer wisselstellers achter elkaar nodig. Deze wisselstellers worden als één geheel bestuurd door het beveiligingsysteem omdat ze onderling geen afwijkende stand in mogen nemen. In plaats van aandrijving met meerdere wisselstellers kan ook een stangenstelsel of hydraulische aandrijvingen gebruikt worden om de tongen op meerdere punten aan te drijven met één enkele “motor”.
Gekoppeld wissel
Een gekoppeld wissel bestaat uit twee enkele wissels die in verschillende sporen liggen (zie figuur 3 12). Deze wissels heten "gekoppeld" omdat ze elektrisch gekoppeld zijn en niet onafhankelijk van elkaar gestuurd kunnen worden. De twee wissels krijgen hetzelfde nummer met toevoeging van een "A" en een "B". Dientengevolge spreekt men ook over het A- en het B-wissel.
Gekoppelde wissels zijn in de beveiligingstechniek toegepast omdat het koppelen relais en bedrading uitspaart en het overeenkomen van de stand van de wissels tegelijkertijd een veiligheidsdoel dient, namelijk het bieden van flankbescherming bij treinbewegingen over het wissel. Een trein op het nevenspoor zal hierdoor een (met hoge snelheid) rechtdoor rijdende trein niet kunnen bereiken, ook niet als een van de twee een stoptonend sein passeert.
In recent gebouwde treinbeveiligingssystemen worden wissels meestal niet meer gekoppeld maar worden ze uitgevoerd als enkele wissels die dan ook apart bediend kunnen worden. De flankbescherming wordt dan gerealiseerd door het afwijkend liggen van het wissel op het nevenspoor te controleren in de rijwegvoorwaarden. Het voordeel is een grotere flexibiliteit, bijvoorbeeld bij een storing aan een van de wissels. In zo'n geval kan door het nemen van extra veiligheidsmaatregelen, zoals het klemmen van een wissel of het opleggen van snelheidsbeperkingen aan de treinen, toch op basis van rijweginstelling gereden worden.
Engels wissel
Het Engelse wissel, merkwaardig genoeg een benaming die alleen in Nederland voor lijkt te komen en die in Engeland tot enige hilariteit leidt, bestaat in twee varianten, het hele en het halve Engelse wissel. Een heel Engels wissel bevat vier paar tongen, een aan iedere zijde van het wissel, die onafhankelijk van elkaar gewogen kunnen worden. Een heel Engels wissel kan ook gezien worden als twee enkele wissels waarvan de voorzijden in elkaar geschoven zijn.
Voor het beveiligingsysteem komt een Engels wissel overeen met twee enkele wissels, met dat verschil dat de wisselnummers van plaats verwisseld zijn.
Kruis/Kruiswissel
Onder een kruis verstaan we een kruising van twee sporen, waarbij de trein niet van spoor kan wisselen. Kruisen bestaan in twee varianten, bedienbare en niet-bedienbare kruisen. Een niet-bedienbaar kruis wordt vaak toegepast bij kruiswissels, wanneer twee sporen door middel van twee overloopwissels met elkaar verbonden zijn.
Een niet-bedienbaar kruis heeft geen stellers en wordt dus ook niet bestuurd door het beveiligingssysteem.
Een bedienbaar kruis is uitgerust met vier tongen waarmee de openingen met de kruisende rails gesloten kunnen worden en de trein beter en dus met hogere snelheid over het kruis geleid wordt. Een dergelijk kruis is met een of twee wisselstellers uitgerust die – net als bij een gekoppeld wissel – als een geheel bestuurd worden.
Bedienbare kruisen worden in de Nederlandse infrastructuur relatief weinig toegepast. Ze komen op dit moment alleen voor in gebieden die door een EBS beveiligd worden.
Ontspoorwissels
Een wat onverwachte variant van het van spoor wisselen is het doelbewust laten ontsporen van een trein op of door middel van een wissel. Het betreft een speciale variant van de implementatie van de functie voorkomen van flankaanrijdingen. Daar waar een emplacement of raccordement aansluit op een hoofspoor of de vrije baan, in sommige landen ook onder aan hellingen, kan een wegrollend of losgebroken treindeel. Als het via een aansluitwissel de vrije baan op zou rollen tot ongevallen leiden. Op die plaatsen kan door het plaatsen van een veiligheidskopje (engels trap points) of een ontspoorwissel of ontspoortong (catch point) “flankdekking” gerealiseerd worden. Voor meer hierover zie “points for avoiding collissions” in ref 3.
Grendels
Er bestaan verschillende mogelijkheden voor de bediening van wissels. We kennen handbediende en centraal (door het beveiligingssysteem) bediende wissels. Handbediende wissels mogen, door hun constructie, alleen met lage snelheid bereden worden en worden daarom vooral toegepast op rangeer en opstelterreinen. In een aantal gevallen is een handbediend wissel opgenomen in een spoor dat voor treinverkeer gebruikt wordt. In dergelijke gevallen wordt een tongencontroleur geplaatst en de bediening beveiligd door middel van een grendel. In dat geval kan het wissel alleen lokaal bediend worden als het grendel door de treindienstleider "gegeven" is en kunnen geen rijwegen meer over dat wissel ingesteld worden of, in het automatische blokstelsel, toont het sein ervoor rood.
Centraal en niet Centraal bediende wissels
Het is gebruikelijk dat wissels vanuit een centraal punt, de verkeersleidingspost, (op afstand) bediend worden. Wissels worden echter ook wel eens plaatselijk omgelegd. Dit gebeurt vaak op rangeer- of opstelterreinen. Aandrijving, detectie en vergrendeling kunnen dus lokaal, op afstand en als onderdeel van, of aangestuurd door de emplacementsbeveiliging plaatsvinden. Bediening en signalering van de veilige berijdbaarheid is meestal geïntegreerd met het rijwegproces van de emplacementsbeveiliging. Waar railvoertuigen zonder rijwegprocessen geïmplementeerd in een emplacementsbeveiliging rijden, zoals bij trams of op opstelterreinen, kan de bediening/aandrijving lokaal bij het wissel plaatsvinden, maar, bijv. uit efficiencyoverwegingen ook gecentraliseerd zijn.
Wisselstanden
Wissels kunnen in twee verschillende standen gestuurd worden, de "rechtdoor" stand en de "afbuigende" stand. Van oudsher worden deze twee standen "normaal" en "reverse" genoemd. In Nederland is de normale stand dan de stand waarin het wissel het meest bereden wordt; afhankelijk van de ligging van het wissel in de infrastructuur is dat de linker- of de rechterstand van het wissel, of “zoals het op de tekening staat”. Om verwarring te voorkomen worden de standen tegenwoordig aangeduid met "links" en "rechts".
Sturing en Controle
Aan het sturen van een wissel zijn een aantal veiligheidsvoorwaarden verbonden. Het wissel mag niet gestuurd worden als:
• Het wissel bezet wordt door een trein (het wissel ligt vergrendeld);
• Het wissel reeds gereserveerd is voor een rijweg (het wissel ligt vergrendeld);
• De stand van het wissel niet overeenkomt met de laatst gestuurde stand (het wissel ligt uit de controle).
Een veiligheidsvoorwaarde voor het berijden van een spoor met een wissel is dat het wissel goed in de gestuurde eindstand ligt. In de beveiliging moet dus de eindstand van een wissel gecontroleerd worden. Ligt het wissel niet goed in de eindstand, dan mag het sein aan het begin van de rijweg niet uit de stand stop komen. Als een wissel gereserveerd is voor een rijweg, dan kan de treindienstleider dit wissel niet meer gebruiken voor een andere rijweg. Het wissel ligt vergrendeld.
Het wissel komt pas weer vrij, als een trein het wissel in zijn geheel is gepasseerd.
Bij centraal bediende wissels zorgt de wisselsteller voor de beweging van de wisseltongen. Een wisselsteller kan een elektrische, hydraulische of zelfs pneumatische aandrijving hebben. Bij centraal bediende wissels zorgt de wisselsteller voor de beweging van de wisseltongen. Een wisselsteller kan een elektrische, hydraulische of zelfs pneumatische aandrijving hebben. De wisselsteller bevat een motor die, via de koppelstangen, de tongen laat bewegen en een tongencontroleur die de stand van de tongencontroleur detecteert. De motor wordt aangestuurd door het beveiligingssysteem en de tongencontroleur geeft de stand van de tongen door aan het beveiligingssysteem.
In Nederland worden verschillende types wisselsteller toegepast. Twee veel toegepaste wisselstellers zijn de NSE wisselsteller en de Ebiswitch. De koppeling van de deze verschillende wisselstellers met het beveiligingssysteem is echter gelijk.
Niet centraal bediende wissels werden van oudsher vaak mechanisch met handkracht omgelegd, maar inmiddels geldt dat als ARBO technisch ongewenst en worden ook niet centraal bediende wissel van lokaal bediende aandrijvingen voorzien.
Hoekverhouding
Een eigenschap van een wissel is zijn hoekverhouding. De hoekverhouding is de tangens van de hoek tussen de twee achterzijden van een wissel. Deze hoekverhouding bepaalt de snelheid waarmee het wissel in de afbuigende stand bereden mag worden
Detectie
Bij de detectie van het wissel gaat het om het detecteren van het in de juiste stand liggen van het wissel, waarbij aan de tongspits de tongen moeten aansluiten aan de aanslagspoorstaaf, zodat de flens van een wiel dat het wissel tegen de punt berijdt de tongspits niet kan raken en mogelijk ontsporen. Daarnaast moet ook de doorrijdwijdte van het wissel gegarandeerd zijn. Bij kortere wissels is de controle van de doorrijdwijdte vaak impliciet als het gevolg van de constructie eigenschappen van de tongen en de rest van het wissel. Met controlecontacten in de wisselsteller of aan het wissel, die door de controlestangen bediend worden, wordt de juiste positie van de tongen en eventueel het beweegbare puntstuk, gedetecteerd en bewaakt door de emplacementsbeveiliging. Bij modernere hogesnelheidswissels kunnen de flexibelere (geschaafde) tongen meer buigen en kunnen zowel meerdere aandrijvingen en tongencontroleurs vereist zijn. Heeft een wissel een beweegbaar puntstuk, dan moet ook dat aangedreven en gedetecteerd worden in de eindstand die overeenkomt met de stand van de tongen.
Vergrendelen, Vastleggen en Vasthouden
Een veiligheidsvoorwaarde voor het berijden van een spoor met een wissel is dat het wissel goed in de gestuurde eindstand ligt. In de beveiliging moet dus de eindstand van een wissel gecontroleerd worden. Ligt het wissel niet goed in de eindstand, dan mag het sein aan het begin van de rijweg niet uit de stand stop komen. Als een wissel gereserveerd is voor een rijweg, dan kan de treindienstleider dit wissel niet meer gebruiken voor een andere rijweg. Het wissel ligt vergrendeld.
Het wissel komt pas weer vrij, als een trein het wissel in zijn geheel is gepasseerd.
Een wissel moet zolang het onderdeel van een rijweg waarin de trein het wissel nog niet volledig gepasseerd is, vergrendeld blijven, het wordt vastgelegd en vastgehouden.
Die vergrendeling kan mechanisch zijn en zich aan het wissel of in de wisselsteller bevinden. Tevens wordt het wissel vastgelegd door het onbedienbaar te maken, bijv. door te voorkomen dat de aandrijving bekrachtigd kan worden. Dat laatste is meestal geïmplementeerd in de emplacementsbeveiliging. Een speciale vorm van vastleggen betreft het vasthouden van de wissels, gedurende de tijd dat een trein die de rijweg nadert maar nog niet ingereden is, na het herroepen van het sein die rijweg alsnog zou kunnen binnenrijden als dat herroepen op een zodanig tijdstip gebeurt dat de trein niet meer tot stilstand kan komen voor dat sein.
Openrijden
Als een uitgereden wissel wordt bereden in een stand die niet overeenkomt met de ligging van de tongen spreken we van openrijden. In de meerderheid van de gevallen is dat onbedoeld en ongewenst omdat het tot schade aan het wissel en ontsporingen kan leiden. In enkele toepassingen bijvoorbeeld bij trams en bij VBBS-achtige systemen, waar de wissels niet centraal bediend worden, worden wisseltypes gebruikt die hiervoor constructief geschikt zijn, zoals veerwissels. Of bij het openrijden schade ontstaan aan de tongen, de aandrijving en/of de vergrendeling hangt af van de toegepaste componenten en hun constructie. Wisseltypen worden daarom geclassificeerd als openrijdbaar en niet-openrijdbaar. Ook de snelheid waarmee een wissel wordt opengereden en de massa van het voertuig dat dat doet kan van invloed zijn. Van oudsher zijn de op het NS/ProRail net gebruikte wissels weliswaar openrijdbaar, maar na een openrijd incident moeten ze geïnspecteerd worden zodat in de beveiliging detectie van het openrijden moet worden toegepast (zie als voorbeeld het zgn. "openrijdbruggetje" in de NX beveiliging). Beweegbare puntstukken zijn als regel niet openrijdbaar.
Klemmen
Een wissel dat (nog) niet voorzien is van een wisselsteller en de stangen etc. om de tongen te bewegen en te controleren (“nog niet besmeed is”), kan niet veilig bereden worden. Om tijdens (of eigenlijk na) het (in-)bouwen of onderhoud plegen van / aan een wissel toch te kunnen rijden kan een wissel geklemd worden. Wisseltongklemmen werken zoals een lijmklem en houden de tongen tegen de aanslagspoorstaaf geklemd en/of garanderen juist de doorrijdwijdte bij de afliggende tong. Ze kunnen ook gebruikt worden als de beveiliging het wissel niet kent en dus niet kan vaststellen of het wissel in de controle is en vastgelegd c.q. vastgehouden is. Wisseltongklemmen zijn soms specifiek geconstrueerd voor de geometrie en de constructie van het wissel en moeten dus met verstand van zaken geplaatst en gecontroleerd worden. Tenslotte moet ook het onbedoeld of ontijdig verwijderen van wisseltongklemmen worden verhinderd, meest met een hangslot, omdat het (nog) aanwezig zijn van de klem niet door de beveiliging kan worden gecontroleerd.
Krukken
Als een wissel dat door een “gemotoriseerde” wisselsteller wordt aangedreven niet in de eindstand komt, of niet meer omgestuurd kan worden, kan het “met de hand” omgelegd worden door het te “krukken” met een slinger die in de aandrijving wordt gestoken. Daarbij wordt door een schakelaar die door het insteken van die slinger wordt bediend, het “krukcontact”, de motor spanningsloos gemaakt om verwondingen te voorkomen als de motor toch ineens zou gaan lopen. Bij wissels met meerdere aandrijvingen moet elke wisselsteller apart gekrukt worden en het is belangrijk daarbij de steller van een beweegbaar puntstuk niet te vergeten!
Links en bronnen
- Zie het oranje cursusboek “Het Wissel” voor een beschrijving in het Nederlands van de constructie, benaming van de onderdelen en de Nederlandse praktijk anno 1984 van wisselbediening, -aandrijving, -detectie etc.
- Zie het IRSE Back to Basics deel Points part 1 en
- Zie het IRSE Back to Basics deel Points part 2 voor een beschrijving uit 2022 in het Engels.
- Boek 'European Railway Signalling", hoofdstuk 3
- Wikipedia lemma Wissels
- TU Delft, Collegedictaat CT3041, Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen, Deel D. Constructief ontwerp van spoorwegen, Prof.dr.ir. C. Esveld TU Delft
- Video Hoe werkt een wissel (Youtube, Nederlands) van ProRail, onze eigen Gerbert Brouwer
- Video Werking van een wissel (Youtube, Duits)
- Voor meer inzicht in de baan en bovenbouw eigenschappen van wissels:
- Hoofdstuk 11 'Switches and Crossings" uit het boek "Modern Railway Track", Coenraad Esveld, ISBN 90-8004-324-3-3
- Hoofdstuk 12 'Die Weichen" uit het boek Handbuch Gleis, Bernhard Lichtberger, ISBN 3-87814-803-8