Afsporinger

- eller hvordan får jeg mit tog til at blive på sporet?

af Erik Olsen (først offentliggjort på www.modeltog.dk)

Bemærk at MOROP's NEM-normer og NMRA's standarder af og til revideres. Indholdet i denne artikel kan derfor være upræcist, og man bør kun anvende de gældende udgaver af NEM-normerne hhv. standarderne.

Indhold:

1. Indledning
2. Hvor går det galt?
3. Afsporing på almindeligt spor
4. Afsporing i sporskifter og krydsninger
5. Normer for hjulsæt
6. Normer for flanger
7. Normer for almindeligt spor
8. Normer for sporskifter og krydsninger

1. Indledning

Hvorfor afsporer mit tog i netop det sporskifte? Dette spørgsmål har mange modelbanefolk uden tvivl stillet sig gennem tiden. At besvare det konkrete spørgsmål kræver en nærmere undersøgelse af hjulsæt og spor. Men det er muligt at besvare spørgsmålet generelt: Hvad kan gå galt?

I det følgende vil jeg forsøge at forklare lidt om de vigtigste forudsætninger for det som man ved de store baner kalder løbesikkerhed. På modelbanen har spørgsmålet naturligvis ikke samme vigtighed som på de virkelige baner, men hvem vil ikke gerne undgå afsporinger på modelbanen?

Forklaringerne tager udgangspunkt i den mest almindeligt anvendte skala og sporvidde i Danmark, nemlig skala H0 med målforholdet 1:87 og sporvidde 16,5 mm. Samtidig benyttes NEM-normerne, nærmere betegnet NEM 310 Hjulsæt og spor, NEM 311 Hjulringsprofiler, NEM 124 Sporskifter og krydsninger med faste hjertestykker samt NEM 127 Faste dobbelthjertestykker i rette krydsninger.

Man kan sagtens anvende andre normer, f. eks. NMRA S3, S4 og RP25, eller nogle af de nye eksakt-skala standarder som H0pur eller Proto:87. Man kan også lave sine egne standarder; forudsætningen for at de kan fungere i praksis, er nogle helt fundamentale sammenhænge som forklares i artiklen.

Men her anvender jeg altså NEM 310, 311, 124 og 127 fordi de er de mest anvendte i Danmark. Bemærk dog at Märklin anvender normer som er anderledes, de er nærmere beskrevet i NEM 340. Principperne er de samme som for NEM 310, men målene er lidt anderledes. Derfor kan Märklin-hjulsæt heller ikke befare sporskifter efter NEM 310.

NEM-normerne kan findes på http://www.morop.org/de/normes/index.html. NMRA standards kan findes på http://www.nmra.org/standards/.

2. Hvor går det galt?

Der er to hovedgrupper af årsager til afsporinger:

1. På almindeligt spor på grund af
   1. for stor afstand mellem et hjulsæts to hjul
   2. forkert flangeform
   3. vridning af køretøjet
   4. fejl ved hjulophæng
   5. fejl ved koblinger
   6. vandret forskydning af skinneender i et skinnestød
   7. lodret forskydning af skinneender i et skinnestød
   8. for stor afstand mellem skinneender i et skinnestød
   9. skinnerne ligger ikke i forlængelse af hinanden i skinnestød
   10. for lille sporvidde
   11. for brat vekslen af sporvidde
   12. for lille kurveradius
   13. for brat vekslen af kurveradius
   14. for stor vridning af sporet
   15. for brat ændring af sporets højde
2. I sporskifter (udover ovennævnte) på grund af
   1. for stort føringsmål K på et hjulsæt
   2. for lille afstand B mellem hjulenes bagsider på et hjulsæt
   3. for lille hjulbredde N
   4. for tyk tungespids
   5. for lille sporvidde i tungepartiet
   6. for lille afstand mellem fraliggende tunge og sideskinne
   7. tungen ligger ikke fast
   8. hjertespids ligger ikke i forlængelse af mellemskinne
   9. for lille sporvidde ved hjertespids
   10. for lille føringsmål C (tvangskinne forkert placeret)
   11. for stor afstand S over tvang- og vingeskinner
   12. for stor sporrillebredde mellem hjertespids og vingeskinne
   13. forkert udformning af tvang- og vingeskinner

I de fleste tilfælde er en afsporing resultatet af flere årsager som optræder samtidigt. Den mest effektive måde at behandle afsporinger på er derfor straks at undersøge såvel tog som spor for at fastslå alle de fejl som kan have indflydelse. Har man ikke mulighed for at reparere med det samme, bør man afmærke eller skrive sådanne fejl ned, så kan man senere reparere uden at overse noget.

3. Afsporing på almindeligt spor

I de fleste tilfælde er der her en sammenhæng mellem kørehastighed og afsporingshyppigheden. Mange fejl ved sporet, og tildels også ved hjulsæt, har først og fremmest betydning ved højere hastighed. Det betyder, ganske som i virkeligheden, at sidespor hvor der kun køres langsomt, kan være af ringere standard end hovedspor. Det indebærer naturligvis også at man rent faktisk kører langsomt på sine sidespor!

Køretøjet bør altid kontrolleres; er hjulsættene, hjulophænget og koblingerne i orden? Ved bogievogne kontrolleres om bogierne kan bevæges frit, og om vognkassen kan "vrikke" sideværts. Den bedste løsning er at have den ene bogie til at styre vognkassen ved hjælp af sidestyr, mens den anden bogie er uden sidestyr sådan at den frit kan følge sporet. Toakslede vogne kontrolleres for skævhed; sæt vognen på en plan flade og se om alle hjulflanger hviler mod underlaget. Man kan evt. prøve at skyde et stykke papir ind under hvert hjul efter tur. Skævheder over 0,3 mm ved 100 mm akselafstand bør rettes.

Sporvidden bør kontrolleres før og efter sporets lægning. Hvis spor med plastsveller har været opbevaret for varmt, kan det have slået sig, og sporvidden kan være for lille. Det sker normalt kun med de ringere sportyper (afhænger af den anvendte plasttype).

Kurveradier skal være tilpasset køretøjerne som skal befare sporet. Hvis man lægger et spor med kurveradius som et givet lokomotiv lige netop kan befare, så skal denne radius være ensartet gennem hele kurven. Læg også mærke til at knæk i skinnestød kan reducere den effektive kurveradius. Bruger man flexspor, bør man derfor anvende skabeloner til lægning af spor med lille radius; sådanne skabeloner kan man let selv fremstille af 1,5-2 mm polystyrenplastplade, eller de kan købes i tegneudstyrsforretninger.

Skinnestød skal udføres med skinneforbindere (lasker) som passer godt til de pågældende skinner sådan at der ikke forekommer en lodret og vandret forskydning (min erfaring er at indtil 0,2 mm forskydning ikke giver problemer). Skinneenderne skal lægges nogenlunde tæt sammen, helst ikke over 0,5 mm afstand. Der bør skæres ud i stødsvellerne så der er plads til laskerne, ellers trykkes skinneenderne opad. Man bør være særlig opmærksom på isolerende stød fordi mange plastlasker styrer skinneenderne dårligt, eventuelt kan man lime skinnestødet med epoxylim. Ved overgang fra et skinneprofil til et andet, bør man lave særlige overgangslasker og lodde pågældende skinnestød.

Svage knæk i skinnestød giver på ret spor og i kurver med stor radius sjældent problemer, men i kurver med lille radius kan knæk medføre afsporinger. Løsningen her er ved lægning af flexspor så vidt muligt at undgå stød i hovedkurven. Kan det ikke undgås, kan stødene laskes og loddes inden sporet bøjes og fastgøres. Isolerede stød i skarpe kurver bør undgås, eller skinnerne må tages ud af svellerne og krummes og atter monteres i svellerne inden lægningen. Er sporet allerede lagt, kan det være vanskeligt at krumme skinnerne uden at de får skarpe buk. Man kan muligvis tvinge skinnerne midlertidigt på plads med islåede søm og små træklodser; herefter loddes stødet, og de midlertidig afstivninger fjernes.

Vridning af sporet kan ikke undgås, og især hvis man bruger overhøjde i kurver. Men denne vridning bør holdes så lav så den ikke giver problemer. Som en tommelfingerregel: Summen af køretøjets og sporets vridning bør ikke overstige 60-70% af flangehøjden ved pågældende køretøjs akselafstand. Et eksempel: Hvis en toakslet vogns akselafstand er 100 mm og flangehøjden 1,0 mm, bør summen af vridning ikke overstige 0,6-0,7 mm pr. 100 mm. Normalt kan man holde køretøjets vridning under 0,2 mm hvilket tillader at sporet vrider 0,4-0,5 mm pr. 100 mm.

Dette skal ses i sammenhæng med udførelsen af overgangskurver og overhøjde i kurver. Iflg. NEM 113 er den korteste overgangskurve 275 mm lang (= overhøjderampens længde), og iflg. NEM 114 er den størst tilladte overhøjde 1 mm. Dette giver en vridning af sporet på 1 mm på 275 mm eller 0,36 mm pr. 100 mm. Overhøjderamper kræver altså nøjagtig sporlægning.

Netop denne situation er den eneste hvor hjul med høje flanger har en positiv funktion når de anvendes på køretøjer med stor akselafstand. Hvis man ikke anvender overhøjde, eller hvis mindste kurveradius med overhøjde er 600 mm eller derover (den længere overgangskurve giver mindre vridning), og man er i stand til at lægge sit spor med passende lav vridning, kan man sagten anvende flanger med lille flangehøjde, svarende til NEM 311 med D = 0,6 mm (eller NMRA RP25).

Brat ændring af sporets højde kan også være årsag til afsporinger, og da navnlig op- eller nedadgående knæk i sporet. Overgange fra vandret spor til stigning, eller mellem stigninger med forskellig stigningstal, bør udføres passende afrundet.

Såvel vridning af sporet som brat ændring af sporets højde kan kun undgås hvis sporets underbygning udføres med passende omhu. Inden sporet lægges, bør man a) lægge et vaterpas på tværs over hver enkelt understøtning for at sikre at underbygningen er vandret, og b) lægge en lineal eller retskinne på mindst 500 mm længde i sporets midtlinie for at sikre at overgange er passende afrundet. Eventuelle fejl kan udbedres ved afhøvling, afslibning eller udspartling.

Kurver med overhøjde samt overhøjderamper kan med fordel bygges op på en underbygning som er vandret på tværs f. eks. ved hjælp af lister med mellemliggende udspartling eller et kileformet tildannet mellemlæg. Ved lægning af spor og sporskifter af forskellig højde bør der lægges kartonstrimler el. lign. under sporet med den mindste højde sådan at skinneoverkanterne ligger i samme højde i samlingspunktet.

Hvis sporet er lagt førend fejlen erkendes, er der kun en vej: Ombygning. Det pågældende sporstykke må tages op, underbygningen udbedres, og nyt spor lægges.

4. Afsporing i sporskifter og krydsninger

I sporskifter forekommer, udover de i pkt 3 nævnte fejl, typer af afsporinger som ikke afhænger af hastigheden, dvs. hvor der kan ske afsporing også ved lav hastighed. De kan være nemmere at identificere fordi en afsporing lader sig genskabe, så man kan studere den i detaljer.

Afsporinger i et tungeparti skyldes gerne fejl ved tungespids eller tungerodsstød, eller at sporvidden er for lille så der opstår klemning.

Tungespidsen skal gerne være ganske smal, 0,1-0,2 mm, og kan ved kørekanten være filet skråt af, 10-15° i forhold til lodret. Tungespidsens højde kan endvidere med fordel reduceres lidt i højden, 0,2-0,3 mm. Alle kanter skal være afrundede; når man fører en finger langs kørekanten mens tungen er tilliggende, må man ikke kunne mærke kanter eller skarpe overgange. Sporskiftedrevet skal være udført sådan at tungen fastholdes sikkert i tilliggende stilling uden afstand mellem tungespids og sideskinne.

Tungerodsstødet skal være udført sådan at tungen er fastholdt nogenlunde sikkert og flugter med mellemskinnen. En udragende kant eller et skarpt knæk her kan medføre afsporing. Tungen kan være fastgjort med en nitte som ikke må være for løs; er den løs, må den forsigtigt nittes fastere uden dog at hindre tungens bevægelse. Det bør kontrolleres inden sporskiftet lægges, ellers kan det være vanskeligt at reparere. Hvis stødet ikke flugter, kan man forsigtigt bøje tungen eller mellemskinnen (kontroller sporvidden). Mellemskinnen kan evt. limes fast i sin nye stilling.

Når en tunge er fraliggende bør afstanden til sideskinnen være så stor at forbikørende hjulsæt ikke rammer tungen.

Afsporinger i et hjertestykke skyldes gerne at hjertespidsen eller tvangskinnerne er placeret forkert, eller at et hjulsæt har for stor eller for lille afstand mellem de to hjul.

Hjertespidsen skal flugte med begge mellemskinner. Denne fejl er ikke så almindelig på industrifremstillede sporskifter, men hyppig på selvbyggede. Ligger hjertespidsen for langt fremme, kan man forsigtigt file af siden så der fremkommer en jævn kørekant. Hjertespidsen kan med fordel, eftersom hjulenes køreflader er koniske, på de første 3-4 mm være en smule lavere end vingeskinnerne, 0,1-0,2 mm, hvilket giver en blidere kørsel. Kanterne og hjertespidsen selv afrundes.

Tvangskinnernes funktion er at føre et hjulsæt sikkert forbi kørekantens åbning mellem mellemskinne/vingeskinne og hjertespidsen. Uden tvangskinner ville et hjulsæt, især ved kørsel i et sporskiftes afvigende spor, kunne ramme hjertespidsen og afspores. For at undgå det, anbringes tvangskinnen i så stor afstand C fra hjertespidsen at flangen netop føres fri af denne.

Føringsmålet C modsvares af føringsmålet K på hjulsættet; C skal altid være større end eller lig med K. Det svarer til at der i NEM 310 defineres Cmin = Kmax = 15,2 mm. Denne forudsætning gælder for de fleste modeljernbanestandarder for hjul og spor (ved forbilledet er et lille overlap). Hvis et hjulsæt afsporer mod hjertespidsen, skal fejlen altså søges ved at kontrollere føringsmålene på såvel hjulsæt som sporskifte.

Hvis føringsmålet K på et hjulsæt er for stort, må hjulene forsigtigt presses mod hinanden på akslen. Kontroller længden af de to akselender at hjulene er anbragt symmetrisk. Hvis føringsmålet C i et sporskifte er for lille, må tvangskinnen flyttes udefter. Kan det ikke gøres, kan man lime eller lodde en strimmel plast eller metal af passende tykkelse på tvangskinnens yderside. Overflødig lim eller loddetin må fjernes, og alle kanter rundes.

Hjulsættet skal også kunne passere tvang- og vingeskinnerne uden klemning. Der skal være et vist spillerum, blandt andet af hensyn til hjulenes skråtstilling i kurver. Hvis et hjulsæt afsporer fordi det løber op på tvang- og vingeskinnerne, skal fejlen søges ved at kontrollere afstanden mellem hjulenes bagsider på hjulsættet og afstanden over tvang- og vingeskinner i sporskiftet.

Hvis afstanden B mellem de to hjul på et hjulsæt er for lille, må hjulene forsigtigt presses fra hinanden på akslen. Hvis afstanden S over tvang- og vingeskinnerne er for stor, må man forsigtigt file lidt af tvangskinnens eller vingeskinnens side. Kontroller føringsmålet C og sporrillebredden F mellem vingeskinne og hjertespids for at afgøre om der skal files af tvangskinne eller vingeskinne. Bagefter afrundes alle kanter.

Vingeskinnerne anbringes i afstanden F fra hjertespidsen. Derved opstår der lige foran hjertespidsen en afstand på 2 gange F plus hjertespidsens tykkelse som et hjul skal passere. Er hjulets bredde N større, vil det løbe på vingeskinnen fjernest fra flangen indtil det når hjertespidsen.

Er hjulets bredde imidlertid mindre, vil det falde ned mellem de to vingeskinner. Dette behøver ikke medføre afsporing, men giver dog en stødende og urolig kørsel. Derfor bør sporrillebredden ikke være større end Fmax, og hjulenes bredde ikke mindre end Nmin. Visse industrimodeller er fremstillet med hjul smallere end Nmin, og her er det særligt vigtig at vingeskinnerne er anbragt med det mindst mulige sporrillemål.

Enderne af tvangskinner og vingeskinner bør være bukket ind i sporet i en passende spids vinkel, og afstanden fra kørekanten til deres ender skal være så stor at et hjul ikke kan ramme dem. Der bør ikke være grater og skarpe kanter. Hvis enderne af tvang- og vingeskinner er bukket for skarpt, giver det anledning til urolig kørsel.

5. Normer for hjulsæt

For nu at ingen skal føle sig udenfor, anvendes som eksempel et ganske almindeligt hjulsæt efter NEM 310 med flangeprofil efter NEM 311 og flangehøjde 1,0 mm. NEM 310 og 311 tillader for 16,5 mm sporvidde en flangehøjde mellem 0,6 mm og 1,2 mm.

I figur 4 er vist de mål som defineres i NEM 310 med normens betegnelser. Tegningen er tegnet med de viste mål, fordi det især er denne kombination som, kombineret med et fejlbehæftet sporskifte, kan give problemer. De enkelte mål betegnes således:

• P: Afstand fra skinneoverkant (SO) til måleplan (P = 0,25 mm)
• N: Hjulbredde (Nmin = 2,8 mm)
• T: Flangetykkelse (Tmin = 0,7 mm, Tmax = 0,9 mm)
• D: Flangehøjde (Dmin = 0,6 mm, Dmax = 1,2 mm)
• B: Afstand mellem hjulenes bagsider (Bmin = 14,3 mm)
• K: Føringsmål (Kmax = 15,2 mm)

Bemærk at der ikke er angivet værdier for Nmax, Bmax og Kmin. Det betyder ikke at disse mål kan vælges frit, men blot at målene indirekte begrænses på anden måde. For eksempel er i praksis Kmin = Tmin + Bmin = 0,7 + 14,3 = 15,0 mm og Bmax = Kmax - Tmin = 15,2 - 0,7 = 14,5 mm.

Men pas på, man kan ikke benytte sådanne beregnede grænseværdier, for hvis man lavede et hjulsæt med B = 14,5 mm og T = 0,9 mm, ville K jo blive 14,5 + 0,9 = 15,4 mm, og det er større end Kmax - det dur ikke!

Som vi har set i figur 1, er det målene B og K som er vigtige for sikker kørsel gennem sporskifternes hjertestykker. Hvis N er mindre end Nmin, kan det give problemer med urolig kørsel gennem hjertestykker.

Føringsmålet K er ikke så let at måle direkte. I stedet måles afstanden B mellem hjulenes bagsider og flangetykkelsen T, og føringsmålet beregnes som K = B + T. Et eksempel: Der måles B = 14,5 mm og T = 0,8 mm; herefter beregnes K = 14,5 + 0,8 = 15,3 mm - altså større end Kmax, det dur ikke! Flangetykkelsen T kan måles som vist i figur 6.

6. Normer for flanger

Flangens form er defineret i NEM 311. Som man kan se af figur 2, går flere af betegnelserne igen fra NEM 310. Her ses tydeligere funktionen af målet P, afstand fra skinneoverkant til måleplan; dette hjælpemål gør en måling af flangetykkelsen T entydig (og dermed det vigtige føringsmål K), ellers ville målepunktet have ligget inde i rundingen hvor det er umuligt at måle i praksis.

Den vigtigste detalje i flangens form er først og fremmest den skrå forside (til venstre i figur 5). Vinklen i forhold til SO-planet bør være højst 70°; den kan udmærket være lidt mindre, ned til 60° giver normalt ikke problemer. En vinkel på 60° giver faktisk bedre løbesikkerhed, men kan kun anvendes ved lille flangehøjde. Formålet er at flangens top ikke kommer ind at røre skinnehovedet. Med høje flanger i skarpe kurver kan det dog alligevel ske, derfor bør flangetoppen altid være glat afrundet (R2), dvs. uden grater eller kanter.

Løbefladens vinkel og afrundingen mellem løbeflade og flangens forside (R1) giver hjulsættet et roligere løb i sporet. Især afrundingen hvis radius er større end skinnehovedets afrunding, kan bidrage til at undgå afsporinger fordi hjulet normalt vil løbe med en vis afstand mellem flange og kørekant.

Flangens bagside kan være affaset som vist; kravet er at målet Q skal være større end eller lig med P, dvs. at affasningen må ikke gå for højt op. Den kan hjælpe til at føre hjulsættet blidere ind bag tvang- og vingeskinner. Også her er det vigtigt at flangetoppens runding går glat over i affasningen, sådan at der ikke er grater eller kanter.

7. Normer for almindeligt spor

I NEM 310 er sporvidden defineret med G = 16,5 mm (nominelt mål) og Gmax = 16,8 mm. På ret spor anbefales det at bruge 16,5 mm, i kurver kan man øge sporvidden lidt for at undgå klemning at køretøjer med lang fast akselafstand. Der er ikke defineret en mindste sporvidde, men min egen erfaring er at sporvidden ikke bør være mindre end 16,4 mm på ret spor og 16,5 mm i kurver.

Derudover er der ikke megen hjælp at hente i NEM. Der findes normer for mindste kurveradier og sammenhæng med køretøjernes akselafstand, og for overgangskurver, men intet om hvor store fejl og afvigelser som kan tillades ved sporlægning og vedligeholdelse. Men lidt sund fornuft kan bringe os et stykke vej (afsnit 3).

8. Normer for sporskifter og krydsninger

Hele tre NEM-normer er relevante for sporskifter og hjertestykker, nemlig NEM 310 Hjulsæt og spor, NEM 124 Sporskifter og krydsninger med faste hjertestykker samt NEM 127 Faste dobbelthjertestykker i rette krydsninger.

Som det ses af figur 7, placeres tvangskinner altid i forhold til hjertespidsen. De enkelte mål betegnes således:

• C: Føringsmål (Cmin = 15,2 mm)
• S: Afstand over tvang- og vingeskinner (Smax = 14,1 mm)
• F: Sporrillebredde ved hjertespids (Fmax = 1,3 mm)
• H: Dybde af sporrille i hjertestykke (Hmin = 1,2 mm)
• F0: Sporrillebredde ved tvangskinne (afledt mål)

Man kan for nemheds skyld beregne en sporrillebredde ved tvangsskinnen som F0max = G - Cmin. Eksempel: Hvis den målte sporvidde er 16,6 mm, bliver F0max = 16,6 - 15,2 = 1,4 mm; i praksis vælges værdien lidt mindre til 1,3 mm, så bliver C = 15,3 mm. Er F = 1,3 mm, bliver S = 15,3 - 1,3 = 14,0 mm, altså i orden.

Føringsmålet C er ikke så let at kontrollere direkte. I stedet måles sporvidden G og sporrillebredden F0 ved tvangskinnen, hvorefter føringsmålet kan beregnes som C = G - F0. Eksempel: Der måles G = 16,5 mm og F0 = 1,3 mm, herefter kan C beregnes som C = 16,5 - 1,3 = 15,2 mm - lige netop nok.

Figur 8 viser udformningen af tvang- og vingeskinner iht. NEM 124. Det vigtigste er her at et hjulsæt ledes blidt ind mellem tvang- og vingeskinnerne, dvs. at indløbene er slanke og uden grater og kanter.

Figur 9 viser hvordan den fraliggende tunge skal have så stor afstand til køreskinnen at den ikke berøres af bagsiden af et forbikørende hjul. Dette har naturligvis størst betydning hvis tungen har en anden elektrisk polaritet end køreskinnen og hvor berøring kan medføre kortslutning; for lille afstand kan dog medføre afsporing ved stor kørehastighed.

Figur 10 viser udførelsen af dobbelthjertestykker iht. NEM 127; dobbelthjertestykker anvendes i sporkrydsninger og krydsningssporskifter. Da der gennem denne type hjertestykker er et strækning hvor hjulsættet ikke føres sikkert, bør de kun udføres rette (dvs. de krydsende spor er rette), og de bør udføres med særlig omhu. Også her gælder at der ikke må være grater eller kanter som kan genere et hjulsæts kørsel.

Ændringer:
2008-03-15: Opdateret til HTML 4.01 Strict, figurernes opløsning ændret.
2009-01-01: Typografi opdateret.