Helsingin kaupungin liikennelaitoksella on runsaan kymmenen vuoden ajan kehitelty raitiotievaihteiden sähkökääntölaitteita toimintavarmemmiksi, helpompikäyttöisiksi sekä korjausten kannalta keskenään vaihtokelpoisiksi.
Raitiotieliikenteen kulkiessa samoja katuja pitkin muun liikenteen kanssa joutuvat kuljettajat ottamaan huomioon muun liikenteen sekä kadulla kulkijat raitiovaunuja ajaessaan. Risteilevä liikenne, liikennevalot ja suojatiet asettavat liikenteen rytmin mukana raitiovaunua ajavalle kuljettajalle erittäin suuria vaatimuksia. Jotta raitiovaunun ajaminen sähkövaihteissa voisi tapahtua mahdollisimman turvallisesti ja joustavasti, on Helsingin kaupungin liikennelaitoksella pyritty kehittämään raitiotievaihteiden sähkökääntölaitteet mahdollisimman helppokäyttöisiksi ja toimintavarmoiksi.
Vaihteiden sähkökääntölaitteiden kehittäminen on pääasiassa suoritettu liikennelaitoksen sähkötoimiston ja ratasähkökorjaamon toimesta.
Tämä kehitystyö on nyt saatu päätökseen ja tässä raportissa esitetään pääpiirteet raitiotievaihteiden sähkökääntölaitteista Helsingissä.
Helsingissä 08.08.1973
Pentti Santaharju (dipl.ins. HKL)

1. Yleistä
Helsingin kaupungin raitiotieverkosto käsittää 46 km kaksisuuntaista raitiotierataa hallikilometrit mukaanluettuna. Tässä raitiotieverkossa on sähkökäyttöisellä vaihteenkääntökoneistolla varustettuja vaihteita 42 kpl (8.8.73). Kaikki hallipihavaihteet mukaanlukien vaihteita on 272 kpl.
Sähkökäyttöiset vaihteenkääntölaitteet olivat 1960-luvulle saakka yhdellä kääntömagneetilla varustettuja. Laitteet eivät olleet keskenään vaihtokelpoisia vaan vian sattuessa vaihdetta oli käännettävä käsin siihen saakka kunnes kyseinen laite saatiin korjatuksi. Mainittakoon, että vaihteenkääntömagneetin vaurioituminen, joita keväisin ja syksyisin sattui usein, korjaaminen kesti kokonaisen päivän.
Vanhat vaihteenkääntölaitteet edellyttivät erityisten hehkulampuilla varustettujen suuntanuolien käyttöä, jotka lisäsivät järjestelmän epävarmuutta sekä korjaus- ja huoltotoimenpiteitä.
Liikennelaitoksella ryhdyttiin kehittämään 1960 -luvun alussa vaihteiden sähkökääntölaitteita toimintavarmemmiksi ja vaihtokelpoisiksi.

Tyypillinen näkymä vanhojen sähkökääntölaitteiden aikaan. Kuvassa vaunu 353 linjalla 6 Hämeentien ja Sturenkadun risteyksessä 03.12.1972. Kun vaihde oli "oikein" kuljettaja veti vauhdissa alasvetonarulla virroittimen alas vaihteenkääntökoskettimen kohdalla. Vaihde ei kääntynyt eikä tarvinnut huolehtia ajovirrasta.

2. Sähkökääntölaitteet
Helsingin raitiotievaihteiden sähkökääntölaitteet toimivat 600 V:n ajojohtojännitteellä. Siirtyminen vanhasta 1-magneettisesta vaihteenkääntöjärjestelmästä nykyisin käytössä olevaan 2-magneettiseen vaihteenkääntöjärjestelmään toteutettiin vuosina 1962 - 1968.
Uuden järjestelmän vaihteenkääntökoneistoksi valittiin kokeilujen perusteella Siemensin vaihteenkääntökoneisto, joka on osoittautunut erittäin käyttövarmaksi. Vaihteenkääntöreleistö on suunniteltu ja valmistettu itsellä. Releistö on rakennettu helposti irroitettavalle eristyslevylle. Releistön kelakytkimet, apureleet jne, on valittu mitoitukseltaan ja rakenteeltaan mahdollisimman käyttövarmoiksi.

3. Sähkövaihteiden ohjauslaitteet

Kuvassa maalaatikko, jossa Kiepe-kääntörele. Kuvan laatikko normaalia kauempana vaihteesta. Paavalin kirkon silmukka

Tähän saakka käytössä olleiden vaihteenkääntölaitteiden ohjaus on tapahtunut vaunun päävirralla. Ennen vaihdetta ajojohdossa sijainneen vaihteenkääntökoskettimen kohdalla vaunun virta on vasemmalle ajettaessa pitänyt sovittaa yli 70 A suuruiseksi (virralla ajaminen) vaihteen kääntämiseksi vasemmalle. Oikealle ajettaessa on pitänyt ajaa vaihteenkääntökoskettimen kohdalla ilman virtaa. Vilkasliikenteisten risteysten, liikennevalojen sekä muun liikenteen rytmin mukaan ajettaessa on vaihteen kääntäminen edellämainittua periaatetta käyttäen tuottanut vaikeuksia. Tästä ajotavasta on aiheutunut myös tiettyjä vaaratekijöitä, kun kuljettaja on samanaikaisesti joutunut seuraamaan muuta liikennettä ja samalla joutunut sovittamaan vaunun virran vaihteenkääntöön sopivaksi. Uudessa vaihteenkääntöjärjestelmässä vaunun päävirta (moottorivirta) ei käännä vaihdetta, vaan vaihteen kääntämiseen käytetään erillisen ohjauskytkimen kautta otettavaa ohjausvirtaa. Vaihteenkääntöjärjestelmässä on uutta etummaisen telin etupuolelle asetettu vaihteenkääntömagneetti sekä kääntörele, joka on asennettu n. 10 metriä ennen vaihdetta kiskojen välissä sijaitsevaan maalaatikkoon.

Vaihteenkäännön ohjaus perustuu siihen, että kääntörele tuntee vaunun alla olevan magneetin magnetoimissuunnan ja ohjaa vaihteenkääntöreleistön kautta vaihteenkääntölaitetta.

4. Ajo sähkövaihteissa

Uudessa (1960 -luvulla) vaihteenkääntöjärjestelmässä ohjataan vaihteen toiminta kiskojen väliin upotetun kääntöreleen ja vaunun korin alle asetetun magneetin avulla. Kääntörele sijaitsee n 10 metrin etäisyydellä ennen vaihdetta olevassa valukannella varustetussa maalaatikossa. Vaunuissa magneetti on sijoitettu etupyörien etupuolelle joko teliin tai koriin. Vaihdetta käännettäessä käyttää kuljettaja ohjaamoon sijoitettua kääntökytkintä, jolloin kiskojen välissä oleva kääntörele magneettikentän vaikutuksesta toimii ja ohjaa vaihteenkääntöreleistöä vaunun kulkiessa kääntöreleen yli. Vaihde kääntyy siihen suuntaan mihin kääntökytkin on käännetty. Kääntökytkimen ollessa keskiasennossa vaihde ei käänny kumpaankaan suuntaan.
Vaunun alle sijoitettu vaihteenkääntömagneetti toimii 4-akselisissa vaunuissa akkujännitteellä. Vanhoissa 2-akselisissa vaunuissa magneetti on kytketty 600 V:n jännitteeseen etuvastuksen avulla.

Käyttöohje:
- vaihteeseen tultaessa käytetään vaihteenkääntökytkintä mikäli halutaan kääntää vaihde.
- vaihteen käännettyä palautetaan kääntökytkin keskiasentoon. Palauttaminen on tehtävä välittömästi milloin vaunu joudutaan pysäyttämään siten, että magneettikenttä jää kääntöreleen kohdalle.
- vaihdetta on lähestyttävä sellaisella nopeudella, että vaunu tarvittaessa saadaan pysähtymään n. 7 m matkalla. Vaihteeseen ajettaessa on aina katsottava, että vaihde on kunnolla kääntynyt.
- kääntörelettä ei saa ylittää ennenkuin edellinen vaunu on kokonaan ohittanut vaihteen. Kääntörelekotelon kansi on helposti erottuva, joten tätä voidaan käyttää etäisyyden määrittämisessä.
- työnnettäessä vioittunutta vaunua on vaihde käännettävä raudalla haluttuun suuntaan. Kääntökytkimen pitää molemmissa vaunuissa olla ehdottomasti keskiasennossa. Hinattaessa kääntää hinaavan vaunun kuljettaja vaihteen normaalisti, mutta hinattavassa vaunussa on kääntökytkimen tällöinkin oltava keskiasennossa.
Entiseen vaihteenkääntöjärjestelmään verrattuna uudessa käyttöönotetussa järjestelmässä on se etu, että vaunun virtaa ei vaihteeseen tultaessa enää tarvitse sovittaa vaihteenkääntöä ajatellen, koska vaihdetta ohjataan erillisenä vipukytkimellä. Muun liikenteen rytmin mukana ajaville raitiovaunuille tästä on ajoturvallisuuden kannalta huomattavasti etua, koska kuljettaja voi käyttää ajokytkintä vapaasti vaihteen ohjauksesta riippumatta, samoin hän voi paremmin keskittyä seuraamaan jalankulkijoita ja risteyksen muuta liikennettä.

5. Sähkökääntölaitteiden huolto ja korjaus
Raitiovaunuliikenteen häiriöttömän kulun kannalta on sähkökääntölaitteiden luotettava kunnossapysyminen ensiarvoisen tärkeä tekijä. Sähkökääntölaitteiden kehittelyssä ja toteutuksessa tämä on otettu huomioon siten, että vioittumiselle alttiit ja huoltoa vaativat osat ovat helposti vaihdettavissa.
Varsinainen vaihteenkääntökoneisto, joka sijaitsee vaihteen kohdalla kiskojen välissä maalaatikossa voidaan vaihtaa irroittamalla kaksi kiinnityspulttia sekä sähköjohdot.
Vaihteenkääntöreleistön taulu on vaihdettavissa irroittamalla kaksi käsin avattavaa ruuvia.
Vaihteiden sähkökääntölaitteiden määräaikainen ennakkohuolto on laitteiden vaihdettavuuden ansiosta helppo toteuttaa ja tämän ansiosta ovat käyttöhäiriöt vähentyneet minimiin.

6. Yhteenveto
Raitiovaunuliikenteen häiriöttömän toiminnan ja turvallisen liikenteen kannalta on vaihteiden sähkökääntölaitteilla keskeinen merkitys. Helsingin kaupungin liikennelaitoksella on suoritettu varsin laajakantoinen kokeilu- ja kehitystyö vaihteenkääntösähkölaitteiden alueella. Tämän kehitystyön tuloksena on hankittu vaihteenkääntölaitteet, joiden avulla vaihteet voidaan luotettavasti ohjata samalla kun vaunua voidaan ajaa muun liikenteen rytmin mukana liikennesääntöjä noudattaen.
Suoritettu vaihteiden sähkökääntölaitteiden kehittämistyö on lisännyt näiden laitteiden toimintavarmuutta sekä mahdollistanut korjaus- ja huoltotoiminnan määräaikaistamisen ja rationalisoinnin.
Kehitetyistä vaihteensähkökääntölaitteista saadut käyttökokemukset ovat varsin myönteisiä. Uusista magneettiohjauslaitteista sen sijaan käyttökokemuksia ei vielä ole ehditty saada, joten tältä osalta on vain toivottava, että uusi tekniikka täyttää sille asetetut toivomukset.