Um zu verstehen, wie die Weichenheringe funktionieren, müssen wir uns zunächst einen Überblick über die Weiche verschaffen. Eine Weiche ist eine Anordnung von Vorrichtungen, die zusammenwirken und es den Rädern ermöglichen, von einer Eisenbahnschiene zueinander. Zu dieser Gruppe gehören vor allem Hauptschienen, Weichenzungen, Schließschienen, Herzstücke, Leitschienen und andere Verbindungsteile. Die Weichenzungen sind der bewegliche Teil der Weiche. Die Verschlussschienen verbinden die Weichenzungen mit dem Herzstück. Die Leitschienen befinden sich gegenüber dem Herzstück neben den Hauptschienen und leiten die Räder in die richtige Spurführung, um ein Entgleisen des Zuges zu verhindern.

Die Räder rollen auf die Flügelschiene und fahren auf dieser weiter, bis sie auf die Weichenzunge treffen. Zu keinem Zeitpunkt kann die Radstütze in den Spurkranzkanal in den Spalt zwischen den beiden Schienen fallen, da sie fest auf diesen beiden Schienen aufliegt; daher rollt sie einfach entlang der Flügelschiene, greift in die Herzspitze ein, während sie auf die Herzschiene übergeben wird, und rollt hindurch. Aufgrund dieser Geometrie wird sichergestellt, dass das Fahrzeug ohne Stöße oder Herabfallen in den Spurkranzraum im Herzstück durch das Herzstück rollt. Entscheidend ist, dass der Spurkranzkanal so schmal wie möglich und die Lauffläche des Rades so breit wie möglich ist, damit dies geschehen kann. Dadurch kann das Rad die Flanschschiene entlangrollen, über die Herzspitze hinweg und dann auf die Herzschiene rollen.  

Arten von Weichenherzen

Je nach Form der Weiche unterscheidet man zwischen geraden und gebogenen Weichen. Eine weitere Einteilung erfolgt nach der Bauart. Weichen können entweder aus zwei miteinander verbundenen, maschinell bearbeiteten Schienen gefertigt oder als ein einziges Gussteil hergestellt werden.

Fester Frosch

• Kombinierter Frosch

Die kombinierte Herzstückkonstruktion besteht aus Stahlschienen und weiteren Bauteilen, die zugeschnitten und montiert werden. Sie setzt sich aus der Kreuzungsnase, der Flügelschiene, einem Distanzstück, einer Herzstückunterlage und weiteren Teilen zusammen. Der Herstellungsprozess ist einfach, da keine besonderen verfahrenstechnischen Anforderungen bestehen. Aufgrund des hohen Wartungsaufwands wurde sie jedoch nur selten eingesetzt.

• Einteiliger Gussfrosch

Moderne Weichenherzen werden aus Manganstahl gegossen, einer hochentwickelten Legierung, die mit zunehmender Beanspruchung an Härte gewinnt. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, da die Weichenherzen beim Überfahren durch die Zugräder hohen Stoßbelastungen ausgesetzt sind.

Weiche mit beweglichem Herzstück (Schwenkweiche)

Im Gegensatz zu festen Herzstücken verfügen bewegliche Herzstücke über spezielle bewegliche Bauteile wie bewegliche Flügelschienen oder eine bewegliche Weichenzunge. Durch die Veränderung der Position des beweglichen Teils im Herzstück kann die Arbeitsseite der Flügelschiene oder der Kreuzungsnase überlappen, um eine durchgehende Fahrbahn für den vorbeifahrenden Zug zu schaffen. Dadurch kann die Lücke am Kreuzungspunkt beseitigt werden, was die Möglichkeit bietet, die Geschwindigkeit der Züge, die Weichen passieren, erheblich zu erhöhen.

Weichen mit beweglichem Herzstück verlängern die Lebensdauer des Herzstücks. Langjährige Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass die Lebensdauer der Weiche mit beweglichem Herzstück 6- bis 9-mal so lang ist wie die des gleichen Modells aus hochmanganhaltigem Stahlguss. Darüber hinaus werden die Wartungs- und Reparaturarbeiten um 40% reduziert, was die Auswirkungen des rollenden Materials beim Durchfahren erheblich verringert.

Schweißen von Weichenherzen

Schienenherzen aus hochmanganhaltigem Stahl und Schienen aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl stellen unterschiedliche Anforderungen an den Schweißprozess. Aufgrund dieser Unterschiede lassen sie sich nur schwer miteinander verschweißen. Bei einer direkten Verschweißung kommt es zu Rissfehlern. Die derzeitige fortschrittliche Technologie besteht darin, ein Material mit guten Schweißeigenschaften als Zwischenmaterial zu wählen, um die Schweißverbindung herzustellen.

Hochmanganstahl ist ein einphasiger austenitischer Stahl. Diese Struktur weist eine hohe Anfälligkeit für Heißrisse auf und neigt in der Wärmeeinflusszone leicht zur Bildung von Verflüssigungsrissen. Daher sollten der Erwärmungsgrad und die Erwärmungszeit beim Schweißen reduziert werden. Die Stahlschiene weist einen hohen Kohlenstoffgehalt auf. Um Schweißrisse während des Schweißens zu vermeiden, ist es notwendig, vor dem Schweißen vorzuwärmen und nach dem Schweißen abzukühlen. Wenn man hochmanganhaltige Stahlkreuzungen und hochkohlenstoffhaltige Stahlschienen direkt miteinander verschweißt, sind sowohl der Schweißprozess als auch die Auswahl der Schweißmaterialien schwieriger. Daher besteht die weltweit fortschrittlichste Technologie darin, ein Material mit guten Schweißeigenschaften als Zwischenmedium zu wählen, um die Schweißverbindung der beiden Werkstoffe zu realisieren. In der Vergangenheit beherrschten nur wenige Länder wie Österreich und Frankreich diese Schweißtechnik. Später gelang es Wissenschaftlern aus aller Welt, darunter auch aus China, nach unermüdlichen Anstrengungen mittels Blitzstumpfschweißen hochmanganhaltige Herzstücke und hochkohlenstoffhaltige Schienen erfolgreich miteinander zu verbinden.