Planlægning af et modeljernbaneanlæg 2
NEM-normer og andet om sporskifter m. m. ved toskinnedrift
af Erik Olsen
Sporskifter og sporkrydsninger udgør en meget væsentlig del af ethvert baneanlæg, således også af et modeljernbaneanlæg. De er dyre i anskaffelse, hvad enten prisen måles i kroner eller arbejdstimer, og de hører til blandt de mere sårbare, men også sikkerhedsmæssigt vigtige, komponenter i anlægget. Desuden giver sporskifter og sporkrydsninger nogle væsentlige bindinger, men også muligheder, i udformningen af anlægget. Der er derfor al mulig grund til at ofre dem særlig opmærksomhed.
De forskellige modelbanefabrikker har hvert deres program med egne sporskiftegeometrier hvoraf mange kun har begrænset lighed med forbilledet. Inden man vælger hvilket fabrikat man vil anvende på sit modelbaneanlæg, eller om man måske vil bygge sporskifterne selv, bør man gøre sig en række overvejelser; i hovedpunkter:
- sporskiftetyper
- kurveradier (hovedspor og sidespor)
- sporskiftevinkler eller -hældninger (hovedspor og sidespor)
- overensstemmelse med normer
- elektriske egenskaber
Sporskiftetyper
Figur 1 viser i signaturform hovedtyperne af sporskifter og sporkrydsninger. Grundtypen er det "normale" sporskifte som det oprindeligt benævntes hos DSB; dette sporskifte har ret stamspor (den mindst krumme gren af sporskiftet). Et normalsporskifte har to karakteriserende størrelser som også er vigtige i model: Kurveradius i vigesporet og sporskiftevinkel (eller -hældning).
Ved de virkelige baner fremstilles de næste to sporskiftetyper, det medkrumme og det modkrumme, af normalsporskifter som krummes, men blot hver sin vej. De har derfor samme vinkel og længde som normalsporskiftet, mens stamsporets og vigesporets radier naturligvis ændres.
I model kan man ofte gøre præcist det samme: Ved at overskære forbindelsen mellem de enkelte stykker sporskiftetømmer, kan hele sporskiftet krummes. Jeg har engang lagt såvel medkrumme som modkrumme sporskifter af Peco normalsporskifter i skala N. Der er dog en grænse for hvor meget sporskiftet kan krummes på denne måde, præcist som i virkeligheden. Mange modelbanefabrikker fremstiller medkrumme (kurvesporskifter) og modkrumme sporskifter (Y-sporskifter) der kan anvendes.
Den fjerde sporskiftetype, de forsatte sporskifter, er mere kompleks. Det er i virkeligheden to modsatrettede normalsporskifter som er sammenbygget, men forskudt sådan at tungepartierne er beliggende efter hinanden. Der opstår derved en ekstra krydsning mellem de to sporskifters mellemskinner i vigesporet. Nogle modelbanefabrikker fremstiller forsatte sporskifter (3-vejs sporskifter), andre en symmetrisk variant hvor tungepartierne er sammenbygget. Den sidstnævnte type har ikke været anvendt i Danmark i nyere tid.
Den femte type, sporkrydsningen, er ikke et egentligt sporskifte da der ikke kan ændres hvilket spor man kører til. Alligevel medtages sporkrydsningen her da det har komponenter fælles med sporskifterne. I forhold til de simple sporskifter har den yderligere en komponent, den dobbelte skinnekrydsning, som kan kræve særlig opmærksomhed. Sporkrydsninger fremstilles, i virkeligheden som i model, med mange forskellige vinkler.
Den sjette og syvende sporskiftetype, krydsningssporskiftet, fremstilles i to varianter: Et halvt krydsningssporskifte med to tungepartier og et helt krydsningssporskifte med fire tungepartier. I model er det halve krydsningssporskifte relativt sjældent, mens en del modelbanefabrikker fremstiller et helt krydsningssporskifte. Typen er sårbar, og kan kræve hyppig justering, men er til gengæld pladsbesparende.
Kurveradier (hovedspor og sidespor)
Man bør vælge sine sporskifter sådan at de opfylder kravet til de mindste kurveradier, man har valgt for anlægget, se NEM 111 og artiklen Planlægning af et modeljernbaneanlæg 1. Man bør som minimum vælge a) en mindste kurveradius for sidespor og b) en mindste kurveradius for hovedspor på stationer og fri bane. Gå aldrig på kompromis med de radier som du en gang har valgt, og lav radierne større hvis der er plads.
I sporskifter er det særligt vigtigt at radius ikke er for lille, for der er flere risici for afsporinger end på almindeligt spor. Nogle fabriksfremstillede har et sideværts "knæk" i kurven ved tungespidsen når sporskiftet er stillet til vigesporet. Det bevirker at den effektive kurveradius er mindre end i resten af kurven, og kan medføre klemning.
Sporskiftevinkler eller -hældninger (hovedspor og sidespor)
For mange fabriksfremstillede sporskifter angives en længde af stamsporet, kurveradius i vigesporet og sporskiftekurvens vinkel. Hvis sporskiftekurven går gennem krydsningen (hjertestykket), er krydsningen krum og dens vinkel lidt mindre. Stopper sporskiftekurven inden krydsningen, er krydsningens ret og dens vinkel den samme som sporskiftekurvens. Begge typer anvendes på de virkelige baner. I model anvendes ofte sporskiftevinkler på 8°, 10°, 12° eller 15°.
På de virkelige baner angives sporskiftevinklen på en anden måde, nemlig som krydsningens hældning der skrives 1:x. Afmærkning af en hældning på 1:6 er vist nederst i figur 1; den svarer til en vinkel på 9,46°. Formlen er: tg(v) = 1/x eller v = arctg(1/x) hvor v er sporskiftevinklen. I tabellen nedenfor er andre hældningsforhold omregnet til vinkler:
| hældning 1:x | 1:3,73 | 1:4 | 1:4,70 | 1:5 | 1:5,67 | 1:6 | 1:7 | 1:7,5 | 1:8 | 1:9 | 1:10 |
| vinkel v | 15° | 14,04° | 12° | 11,31° | 10° | 9,46° | 8,13° | 7,59° | 7,13° | 6,34° | 5,71° |
I USA anvendes en lidt afvigende betegnelse for modelsporskifter: No. 4, no. 6, no. 8 etc. Dette "sporskiftenummer" svarer næsten til vores hældningsbetegnelse, sådan at et no. 6 sporskifte har hældning på 1:6. Det er ikke 100% korrekt, men tæt nok på til vores brug.
På samme måde som med kurveradier kan man vælge to sporskiftevinkler eller -hældninger: Et langt, slankt med lille vinkel og stor radius til stationernes indgangssporskifter, og et kortere med større vinkel og mindre radius til sidespor og hvor sidespor afgrener fra hovedspor.
Overensstemmelse med normer
Det er mit indtryk at mange sporskifter fremstillet af europæiske fabrikker ikke overholder modeljernbanenormerne, mens situationen synes at være lidt bedre på det amerikanske marked. For at give modelbyggeren et grundlag for sammenligning, bringes her de vigtigste NEM-normer for sporskifter. Figur 2 og tabellen nedenunder viser hovedmålene for sporskifternes sporvidde samt placering af tvang- og vingeskinner efter NEM 310.
| G min | G max | C min | S max | F max | H min |
| 6,50 | 6,80 | 5,90 | 5,20 | 0,75 | 0,60 |
| 9,00 | 9,30 | 8,10 | 7,30 | 1,00 | 0,90 |
| 12,0 | 12,3 | 11,0 | 10,1 | 1,10 | 1,00 |
| 16,5 | 16,8 | 15,2 | 14,1 | 1,30 | 1,20 |
| 22,5 | 22,8 | 20,9 | 19,5 | 1,60 | 1,40 |
| 32,0 | 32,3 | 29,9 | 28,0 | 2,20 | 1,60 |
| 45,0 | 45,3 | 41,8 | 39,3 | 2,80 | 2,20 |
I figur 3 og 4 er vist udformningen af skinnekrydsning (hjertestykke) og tungeparti efter NEM 124. Målene C, F og F0 tages fra NEM 310. For vinklen ß der især er vigtigt ved sporskifter med lille kurveradius for at undgå klemning af hjulsæt, kan ifølge normen regnes med ca. 5°.
Personligt mener jeg at ß kan være mindre; ved sporskifter med mindst hældning 1:5 og kurveradius 600 mm i skala H0 kan ß være 1-2°.
I figur 5 er vist udformningen af dobbelte skinnekrydsninger efter NEM 127 som de anvendes i sporkrydsninger og krydsningssporskifter. Det særlige ved denne krydsningstype er at der faktisk er et stykke af den vej et hjulsæt ruller gennem krydsningen, hvor det ikke er styret sideværts. Hvor langt dette føringsløse stykke er, afhænger af krydsningsvinklen, sporrillens bredde, hjuldiameteren og flangens højde. På de virkelige baner ligger den praktiske grænse ved sporskiftehældning 1:9, ved mindre vinkler må anvendes bevægelige vingeskinner i krydsningerne (f. eks. krydsningssporskifter 1:11 på Frederiksberg og Vanløse stationer). I model angiver NEM 127 den praktiske grænse til 10°; at vinklen er større end hos de store baner, skyldes den bredere sporrille.
| G nominel | S max 1) | F min 2) | C min 1) | G 3) |
| 6,5 | 5,2 | 0,7 | 5,9 | 6,6 |
| 9 | 7,3 | 0,8 | 8,1 | 8,9 |
| 12 | 10,1 | 0,9 | 11,0 | 11,9 |
| 16,5 | 14,1 | 1,1 | 15,2 | 16,3 |
| 22,5 | 19,5 | 1,4 | 20,9 | 22,3 |
| 32 | 28,0 | 1,9 | 29,9 | 31,8 |
| 45 | 39,3 | 2,5 | 41,8 | 44,3 |
1) Fra NEM 310; C = S + F
2) Beregnet fra NEM 310
3) G = F + C; afvigelsen fra den nominelle værdi er uden praktisk betydning fordi sporene er rette
Elektriske egenskaber
Jeg har lånt illustrationen i figur 6 fra mit eksemplar af "Strømmen sluttes" af Svend Pedersen, udgivet af C. A. Reitzels Forlag i 1955. Udover at være et nostalgisk klenodie, har bogen mange gode illustrationer der fortæller om vanskelighederne ved toskinnedriften; denne er en af dem. Det skal bemærkes at det anvendte sporskifte har uisoleret hjertestykke af metal, fordi man dengang oftest byggede sine sporskifter selv (det kan man stadig med stor fordel, se artiklen Sporskifter i 1:87).
Elektrisk set kan simple sporskifter opdeles i tre grupper der adskiller sig fra hinanden ved hjertestykkets udformning:
- hjertestykke af metal, ikke isoleret fra naboskinnerne
- hjertestykke af plast, naboskinnerne isoleret fra hinanden
- hjertestykke af metal, isoleret fra naboskinnerne
Sporskiftet i figur 6 hører til den første af grupperne. Grundreglen her er: Strømforsyn altid fra tungeenden, og lav isolerende stød mellem sporskifter der vender hjertestykkerne mod hinanden.
Mange fabriksfremstillede sporskifter hører til den anden af grupperne, og der er i reglen interne strømforbindelser mellem samme køreskinne før og efter hjertestykket. I så fald er sporskiftet elektrisk set meget enkelt, og frembyder normalt ikke vanskeligheder. En væsentlig ulempe er dog at der ikke sker strømforsyning af lokomotivet i hjertestykket. I særdeleshed toakslede lokomotiver og motorvogne kan ganske enkelt gå i stå fordi, i lokomotivets ene side, står det ene hjul på hjertestykket, og det andet rører ikke skinnen fordi sporskiftet, eller lokomotivet, ikke er helt plant, eller på grund af en smule snavs.
En langt bedre løsning udgør den tredje gruppe. Hjertestykket er helt af metal, men elektrisk isoleret fra naboskinnerne ved hjælp af isolerede stød. Hjertestykket strømforsynes via en skiftekontakt fra den ene eller den anden sideskinne, afhængigt af sporskiftets stilling, sådan at hjertestykkets polaritet altid er korrekt, se figur 7. Figuren viser endvidere sporskiftets interne elektriske forbindelser.
Ved forsatte sporskifter er forbindelserne selvsagt lidt mere komplicerede, dels fordi der er to sporskifter bygget sammen, men også fordi der er et ekstra hjertestykke. Heldigvis viser det sig at de to nærmestliggende hjertestykker kan være elektrisk forbundet og forsynes via den samme skiftekontakt. Figur 8 viser skiftekontakterne og forbindelserne.
Ved sporkrydsninger er forbindelserne logiske nok, problemet er her at der jo ikke er nogen tunger hvis stilling kan styre skiftekontakterne, se figur 9. Man må så enten anbringe en manuelt betjent dobbelt skiftekontakt, eller lade tilstødende sporskifters stilling styre strømforsyningen til hjertestykkerne.
Det kan være nødvendigt at bruge hjælperelæer der styres af en sporskiftekontakt, hvis man ikke har kontakter nok på sporskiftekontakterne.
Ved krydsningssporskifter, halve som hele, etableres to sporskiftedrev med hvert et sæt skiftekontakter der strømforsyner hver sit hjertestykke som vist i figur 10.
Ændringer:
2008-03-15: Opdateret til HTML 4.01 Strict, figurernes opløsning ændret.
2009-01-01: Typografi opdateret.