Gleiswendel

Zweck

Auf einer Modellbahn will man abwechlungsreichen Betrieb im sichtbarenen Bereich haben, deshalb sind i.d.R. ausgedehnten Abstellanlagen erforderlich. Diese ordnet man verdeckt an. Sollte eine Anordnung auf der gleichen Ebene nicht möglich sein, so kann man die Abstellbahnhöfe unter der Anlage anordnen.
Züge können etwa eine max. Steigung von 2,5% (lange Züge) bis max. 4% bewältigen. Zum Überwinden des Höhenunterschiedes braucht man also entweder hinreichend Streckenlänge oder gar Aufzugkonstruktionen. Die notwendige Streckenlänge beträgt bei 2,5% vier Meter, um 10cm Höhenunterschied zu erreichen.

Bei unserer Anlage haben wir sogar zwei Schattenbahnhöfen übereinander angeordnet, es gibt also ein Kellergeschoß und noch ein Tiefgeschoß. Die gesamte Wendelhöhe von ganz unten (unterer Schattenbahnhof) bis ganz oben ist 980mm, in der Spitze also 9 Gewindegänge.

Dimensionierung der Gleiswendel

Beim Bau der Anlage haben wir uns wie folgt orientiert:

  • Der Höhenunterschied zwischen zwei übereinanderliegenden Trassen beträgt 11cm. Damit ergibt sich eine Durchfahrtshöhe von 8,7cm = 11cm - Dicke Trassenbrett (15mm) - Gleisaufbau (8mm). Damit ergibt sich einen Art Höhenraster, welches sich auf die gesamte Anlage auswirkt. Der untere Schattenbahnhof liegt bei 0mm, der obere Schattenbahnhof dann 220mm darüber, weitere 220mm dann der Schattenbahnhof der S-Bahn.
  • Ausgehenden vom Höhenraster und der Steigung kommt man dann auf die möglichen Radien: Wir verwenden 694mm als Minimalradius, was eine Steigung von 2,5% ergibt. Weiter außen liegendene Radien sind dann jeweils in Stufen von 62mm größer, somit haben wir im Wendelbereich ein Radiensystem beginnend bei R1=694mm, R2=756mm usw.
  • Die großen Roco-Weichen (Roco R9 und R10) passen in dieses Raster und können damit in der Wendel verbaut werden.

Zu- und Abfahrten

Die Gleiswendeln haben eine Transportaufgabe, möglichst viel Züge sollen rauf bzw. runter fahren können. Also sollte eine Wendel tunlichst zweispurig oder gar mehrspurig angelegt sein. Üblich ist zweispuriger, gegenläufiger Betrieb, außen hoch, innen runter.

Wenn man jedoch wie wir mehrere Ebenen zu bedienen hat, dann ergibt sich ein lästiges Problem: die Zufahrt zur inneren Wendel kreuzt die äußere Wendel und der mögliche Durchsatz sinkt dramatisch. Zudem bedeutet diese Kreuzung den Einbau einer 'seltsamen' Kreuzungsweiche: eine Gerade kreuzt einen Bogen. Mit realen Weichen würde man das Wendelraster zumindest lokal durchbrechen. Für dieses Problem haben zwei unterschiedliche Lösungen gebaut:

  • Lösung 1:
    Entnahme eines Gewindeganges aus der äußeren Wendel. Stellt man sich die Wendel als Spirale vor, so wird an der Stelle des Zugangs zu innereren Wendel der Spiralbogen nach außen weggezogen und übersteigt die Zufahrt auf einem doppelt so großen Kreis. Gleiches kann man mit Abfahrten machen. Dadurch steigt die Spurenzahl der Wendel und es erfordert natürlich Platz, den wir in der Hauptwendel zur Verfügung hatten. Dort ist die maximale Spurenzahl an einer Stelle 6-spurig!
  • Lösung 2:
    Abkehr von Konzept des gegenläufigen Betriebes und Verschieben der Gegenläufigkeit auf die Gewindesteigung. Was bedeutet das? Steig- und Fallfahrt gehen gleichsinnig durch die Wendel, jedoch fährt die Steigfahrt auf einem Rechtsgewinde, die Fallfahrt auf einem Linksgewinde. Die Steigfahrt mit dem Rechtsgewinde liegt aussen und von dort kann man in Bahnhöfe ausfahren bzw. von Bahnhöfen kann man nur auf die Steigfahrt einfahren.
    Will man nun von der innenliegenden Fallfahrt auf einen Bahnhof ausfahren, so wechselt man hinreichend tief auf die Steigfahrt über und kann ausscheren. Umgekehrt wechselt bei einer gewünschten Abfahrt möglichst schnell von der Steigfahrt nach innen auf die Abfahrt.
    Der Wechsel von innen nach außen bzw. umgekehrt benötigt einen weichen Übergang, schließlich wird von -2,5% Steigung auf +2,5% umgesetzt. Hierzu haben wird Innen- und Außenwendel leicht eiförmig gebogen und quasi eine halbe Wendel für die Überfahrten hineingezwickt.

Bilder


Hauptwendel (Lösung 1)


Blick auf die Türwendel (Lösung 2)

Planung

Bei der Planung haben wir uns in excel entsprechende Geometrieberechnungen abgelegt und sowohl die Entwicklung in x-y-Richtung als auch in Z-Richtung berechnet. Hierzu rechnet man ausgehend von der jeweiligen Startposition einen Vektor (für gerade Fahrt) bzw. einen Segmentbogen (für Kurven). Diese Formeln kann man dann auch zur Erzeugung von Schnittmarkierungen für den Holzzuschnitt verwenden.
Bei gerader Fahrt ergibt sich die neue Position einfach mittels trigonometrischer Funktionen:

X_neu = X_alt + Strecke * COS(Phi_alt/180*PI())
Y_neu = Y_alt + Strecke * SIN(Phi_alt/180*PI())


Bei Bogenfahrt muß man Radius und Winkel(Alpha) des Bogenstückes mit einrechnen:
X_neu = X_alt + SIGN(Alpha)*COS(Phi_alt/180*PI())*Radius*SIN(Alpha/180*PI()) - SIGN(Alpha)*Radius*(1-COS(Alpha/180*PI()))*(SIN(Phi_alt/180*PI())
Y_neu = Y_alt + SIGN(Alpha)*SIN(Phi_alt/180*PI())*Radius*SIN(Alpha/180*PI()) + SIGN(Alpha)*Radius*(1-COS(Alpha/180*PI()))*COS(Phi_alt/180*PI())


Die Höhenlagen und möglichen Überfahrten bei Lösung 2 haben wir auch mit Excel geplant: