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Trolleybus-Wiki
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Artikel: Weichensteuerung

Steuerungen

Wir unterscheiden drei Arten von Weichensteuerungen für Trolleybusse.

Geometrische Steuerung:

Diese relativ alte Art der Ansteuerung geschieht über die unterschiedliche Stellung der Stromabnehmerköpfe bei der Abzweigung des Busses. Operationell und bezüglich Fahrgeschwindigkeit bedingt dieses System viele Einschränkungen.

Stromsteuerung:

Die ältere, aber immer noch häufig angewendete Art, ist die Ansteuerung mit dem Fahrstrom auf die Weichenmagnete. Die Betätigung erfolgt mit dem Fahrpedal oder einem als Verbraucher eingesetzten Widerstand.

Impulssteuerung:

Die neuere, heute hauptsächlich verwendete Art, sind spannungsgesteuerte Weichenmagnete oder -motoren.

 

Stromsteuerung

In vielen Städten wird die Stromsteuerung heute noch verwendet. Sie hat keine elektronischen und weniger elektrische Komponenten als die weiter hinten beschriebene Impulssteuerung.

Direkt-Steuerung

Bei dieser Steuerung wird das Weichenstück direkt beim Befahren durch den Stromabnehmerschuh geschaltet. Das Weichenstück ist gegen die übrige Fahrleitung isoliert und der Fahrstrom wird via Weichenspule gezogen. Beim Befahren mit Fahrstrom wird der Magnetanker und damit die Weichenzunge angezogen. Nach dem Verlassen des Weichenstückes fällt der Fahrstrom ab und die Weichenzunge geht mit einer Rückholfeder wieder in die Grundstellung zurück. Beim Befahren ohne Strom bleibt die Weichenzunge in Grundstellung. Die Weichenstücke brauchen keine Verriegelung.

Weichensteuerung1.jpg

Vorkontakt-Steuerung

Das Steuerungsprinzip ist gleich wie bei der Direkt-Steuerung. Bei dieser Steuerung wird jedoch nicht das Weichenstück sondern ein separates Fahrleitungsstück isoliert. Dieser sogenannte Vorkontakt kann bis ca. 50 m vor der Weiche eingebaut werden. Dies ermöglicht einen geeigneten Ort zum Fahrstrom-Ziehen resp. Nicht-Ziehen zu wählen. Der Fahrstrom wird hier auf dem Vorkontakt ebenfalls via die Weichenspulen gezogen. Die Weichenzungen müssen mechanisch verriegelt und erst nach dem Passieren durch die Stromabnehmerschuhe wieder entriegelt werden.

a) Mit 1 Vorkontakt, Magnete parallel geschaltet (ca. 60-80 A Schaltstrom)

Weichensteuerung2.jpg

b) Mit 2 Vorkontakten, Magnete in Serie geschaltet (ca. 30-40 A Schaltstrom)

Weichensteuerung3.jpg

Impuls-Steuerung

Die vorher beschriebenen Systeme mit Stromsteuerung sind in der heutigen Verkehrsdichte immer schwieriger anzuwenden. Das gezielte Strom-Ziehen ist bei stockenden Fahrzeugkolonnen kaum mehr möglich. Dazu kommt, dass moderne Busse über Stromspeicher verfügen können, aus denen die Energie für die Motoren genommen wird. Dieser Speicher wird von der Fahrzeugelektronik ab der Fahrleitung aufgeladen, sobald er eine bestimmte Schwelle unterschreitet. Damit kann der Fahrer die Stromaufnahme ab der Fahrleitung nicht mehr mit dem Gaspedal steuern. Ein gezieltes Schalten der Vorkontaktweiche ist nicht mehr möglich. Auch bei Bussen mit Rekuperation kann die Vorkontaktweiche nicht mehr verwendet werden. Die Impuls-Steuerung ist mit verschiedenen Spannungs-Impulsen und auf mehrere Arten möglich. Die einfachste Art liegt darin, mit der nachfolgend beschriebenen Druckknopfsteuerung den Spannungsimpuls auf die Magnete zu geben. Zusätzliche Funktionen sind mit einer solchen Steuerung kaum möglich. Ausserdem besteht das Risiko, dass die Weichenmagnete zu lange unter Spannung stehen und verbrennen.

Alte Systeme (konventionelle Elektronik)

Druckknopfsteuerung

Die Druckknopfsteuerung kann durch die Fahrleitungsspannung (z.B. 600 V DC) oder eine Fremdspannung (z.B. 230 V AC) erfolgen.Der Druckknopf und die zugehörigen Relais oder Kontakte werden in einem Kasten an einem der Weiche nahegelegenen Mast untergebracht. Der Schaltimpuls betätigt die Weichenmagnete und damit die Weichenzungen. Diese werden mechanisch verriegelt und erst nach der Durchfahrt der Stromabnehmerschuhe entriegelt. Die Zungen werden durch eine Feder in die Grundposition zurück gestellt.

a) Ansteuerung mit Fahrleitungsspannung:

Weichensteuerung4.jpg


b) Ansteuerung durch Fremdspannung:

Weichensteuerung5.jpg

Steuerung mit unidirektionalem Übertragungssystem Bus -> Weiche

Ansteuerung mit Niederfrequenz

Auf Knopfdruck im Fahrzeug wird ein Frequenzsignal gesendet. Dieses Signal wird von der Antenne auf dem Fahrdraht oder der Bodenschlaufe zum Empfänger in einem separaten Kasten geleitet. Mit einem Leistungsschütz werden die Elektromagnete der Weichenstücke geschaltet. Die Weichenzungen werden verriegelt und nach der Durchfahrt wieder entriegelt und durch eine Feder zurückgestellt.

Weichensteuerung6.jpg


Die Elektromagnete sind parallel geschaltet.

Neue Systeme (Prozessorgesteuert)

Die heute geforderte Funktionalität der Steuerungen ist mit den vorgängig beschriebenen Typen nicht mehr möglich. Zum Teil sind Vernetzungen oder Anbindungen an andere Systeme gefragt, oder ganze Betriebshöfe sollen übergeordnet gesteuert werden. Auch Anbindungen an Dispatchingsysteme oder automatische Erkennung von Fehlern, sei es Fahrzeugseitig oder Weichenseitig, bieten interessante Perspektiven.

Aus diesen Gründen sind Prozessorgesteuerte und auf Software basierende Systeme nötig und finden auch eine grosse Verbreitung. Dabei gibt es natürlich verschiedene Typen die unterschiedliche Vorteile und Grenzen haben. Die einzelnen Komponenten eines ganzen Systems lassen sich auch unterschiedlich kombinieren.

Die komplette Weichensteuerungsanlage wird im folgenden in vier Bereiche unterteilt. Sie ist direkt an der Steuerung angeschlossen. Die Steuerung ist der ausführende Teil der Anlage. Sie gibt die Impulse auf die Magnete oder Motoren, kontrolliert die Endstellung der Weichenstücke und enthält die ganzen Blitzschutz- und Speisungskomponenten. Das Übertragungssystem ist die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Steuerung. Über sie wird der Stellbefehl übertragen. Die Richtungsanzeige stellt oft die einzige Rückmeldung zum Fahrer dar. Sie gibt die Informationen über die Weichenstellung und das korrekte Funktionieren der Weiche an den Fahrer.

Article: Switch Controls

Controls

We can distinguish between three kinds of switch controls for trolleybuses.

Geometrical controls:

This relatively old type of control system works based on the different position of the current collector heads when the bus turns off. This system causes many restrictions both operationally and with regard to the vehicle?s speed of travel.

Electric controls:

This fairly old type, which is often still used, activates the switch magnets with the traction current. The activation process takes place with the driver?s pedal or some resistance inserted as the consumer load.

Impulse controls:

The newer type, mainly used nowadays, involves voltage-controlled switch magnets or motors.

Electric controls

Electric controls are still used in many cities nowadays. They involve no electronic components and fewer electric ones than the impulse controls described later.

 

A. Direct controls

In this control system, the switch is directly set by the current collector shoe as it passes. The switch is insulated from the rest of the overhead contact wire and the traction current is drawn through a switch coil. When a vehicle passes with traction current, the magnet armature and there-fore the switch tongue are energised. Once the vehicle leaves the switch, the traction current decreases and the switch tongue returns to its basic position by means of a return spring. If the switch is passed without any electricity, the switch tongue remains in its basic position. The switches do not need any locking devices.

SwitchControls1.png

 

B. Pre-contact controls

The control principle here is the same as the one used with direct controls. In the case of this control system, the switch is not insulated, but a separate part of the overhead contact wire. This so-called pre-contract can be inserted in the system approx. 50 m before the switch. This enables a selection to be made at the point either to draw traction current or not draw on it. The traction cur-rent is also triggered here on the pre-contact through the switch coils. The switch tongues have to be locked mechanically and only unlocked again after the current collector shoes have passed.

a) With 1 pre-contact, magnets operated in parallel (approx. 60-80 A switching current)

SwitchControls2.png

b) With 2 pre-contacts, magnets operated in series (approx. 30-40 A switching current)

SwitchControls3.png

 

Impulse controls

The systems described previously using electric controls are more and more difficult to use with today?s density of traffic. The deliberate drawing of power is hardly possible any more with queues of vehicles caught in traffic jams. In addition, modern buses may have batteries to provide the energy for the motors. This battery is charged by the vehicle electronics from the overhead contact wire as soon as it falls below a par-ticular threshold. As a result, the driver can no longer control the power consumption from the overhead contact wire with the accelerator pedal. So it is impossible to deliberately activate the pre-contact switch. The pre-contact switches cannot be used with buses with energy recuperation either. The impulse control system is possible with various voltage impulses and in several ways. The simplest type involves giving the voltage impulse to the magnets by means of push button controls and is described below. Additional functions are barely possible with this kind of control system. There is also a risk that the switch magnets will be subject to voltage for too long and sear.

Old systems (conventional electronics):

Push button controls

The push button controls can take place through the overhead contact wire voltage (e.g. 600 V DC) or outside voltage (e.g. 230 V AC). The push button and the relevant relays or contacts are housed in a box on a mast situated close to the switch. The switching pulse activates the switch magnets and therefore the switch tongues. They are locked mechanically and only unlocked after the current collector shoes have passed. The tongues are reset to the basic position through a spring.

a) Controls with traction current voltage:

SwitchControls4.png

b) Controls with outside voltage:

SwitchControls5.png Used in depots, for example.

Controls with unidirectional transfer system bus -> switch

Controls with low frequency

A frequency signal is transmitted when a button in the vehicle is pushed. This signal is fed by the antenna on the overhead contact wire or the ground loop to the receiver in a separate box. The electromagnets in the switch are set using a main contactor. The switch tongues are locked and unlocked after the trolleybus has passed and reset using a spring.

SwitchControls6.png The electromagnets are connected in parallel.

New systems (processor-controlled)

The functions required in controls nowadays are no longer possible with the systems described so far. Networks or connections to other systems are often required or complete depots have to be controlled by a higher level system. Connections to dispatching systems or the automatic recogni-tion of faults ? either in vehicles or switches ? open up interesting prospects too.

For these reasons, processor-controlled systems based on software are needed and are now widely used. There are of course various types, which have different advantages and limitations. The individual components in a complete system can also be combined with each other in different ways.

 

The complete switch controls unit is subdivided into four areas. It is directly linked to the controls. The control unit is the performing part of the system. It provides the impulses to the magnets or motors, controls the final position of the switches and retains the complete lightning protection and feed components. The transmission system provides the communications between the vehicles and the controls. This system transmits the control signal. The direction display system is often the only confirmation that the driver receives. It provides the information about the switch position and the correct functioning of the switch to the driver.

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