Sporisolationer ved toskinnedrift

af Erik Olsen

En af de få fordele ved treskinnedrift (med sideliggende eller midtliggende strømskinne eller punktkontakter) er at det er nemt at lave sporisolationer, og dermed registrere om et spor er besat. Baggrunden er at hjulsættene er uisolerede, og man laver blot et simpelt relækredsløb eller elektronisk kredsløb, der kan mærke om de to køreskinner er i elektrisk forbindelse.

Helt så enkelt er det ikke ved toskinnedrift. Her har man jo brug for at de to køreskinner er elektrisk isolerede fra hinanden fordi strømforsyningen sker alene gennem køreskinnerne. Alligevel lader det sig gøre ved hjælp af et elektronisk kredsløb, og lidt arbejde på de enkelte køretøjer.

Princippet er at der skal gå en ganske lille strøm gennem ethvert lokomotiv og enhver vogn der står på en sporisolation. Strømmen skal være så lille at lokomotiverne ikke kan køre på den; det svarer til at spændingen over køreskinnerne er 0,1-0,2 V når der står et lokomotiv på sporet, og strømmen gennem lokomotivet er 2-5 mA afhængigt af motortype. Lokomotivets hjulsæt med strømaftagere er jo i forvejen elektrisk forbundet gennem motoren, mens alle andre hjulsæt er isoleret. Dem må man kortslutte med en modstand af størrelsen 60-100 kohm. Det kan gøres ved at lodde en modstand mellem hjulene, hvad der ikke er særligt kønt, eller påføre en ledende grafitlak på akslen og omkring navet på begge hjul. Grafitlakken kan købes i spraydåser i hobbyelektronikforretninger.

Den her viste sporisolationskreds har jeg eksperimenteret med for mange år siden, og har netop kontrolleret funktionen. I den oprindelige udførelse havde jeg anbragt en diode i tilbagekoblingen (i serie med R6), men den viste sig at gøre operationsforstærkeren alt for følsom. Jeg har derfor fjernet diode og tilpasset R2, R3 og R6 så forstærkningen er ca. 1000. Værdien af R1 er ligeledes tilpasset, så kredsen fungerer med en modstand mellem køreskinnerne på 100 kohm.

Figur 1: Diagram.

Figur 2: LM324.

Elektronikken udføres som vist på diagrammet i figur 1, og forsynes med +5 V DC; 0-indgangen tilsluttes fælles nul. Alle spor skal udføres med den ene skinne tilsluttet sporisolationskredsløbets TR-indgang, og den anden skinne tilsluttet kørespændingsforsyningen (-12 V til +12 V ved skala H0 og N). IC1 (LM324) er en integreret kreds med fire operationsforstærkere der blot skal tilsluttes +5 V og nul, se figur 2. Den fulde kørestrøm går gennem dioderne D1 og D2, den her anvendte type 1N4002 tåler 1,0 A. Er den største kørestrøm højere, må anvendes en anden type, f. eks. 1N5401 (3,0 A).

Bruger man kørespændingsregulatorer med hver sin strømforsyning, skal den ene ledning blot tilsluttes fælles nul, og den anden ledning til den anden køreskinne (den der ikke er tilsluttet TR-indgangen).

Ved digitaldrift hvor der jo altid er spænding på sporet, eller hvis der altid er tilsluttet en kørespændingsforsyning med en mindste udgangsspænding på ca. 0,5 V, fungerer elektronikken uden yderligere dikkedarer. Men anvender man analog cab-kontrol hvor kørespændingsforsyningen til en sporisolation kan afbrydes fuldstændigt, må der noget mere til.

Hvis man vil kunne registrere sporbesættelse også når kørespændingen er nul, kunne man tilslutte en forsyning på +5 V DC gennem en modstand på f. eks. 2,2 kohm til sporet; herved bliver den største strøm ca. 2 mA uden tilsluttet kørespænding. Problemet her er imidlertid at hvis kørespændingsregulatoren tilsluttes med en lille negativ spænding, kan den samlede spænding blive nul. En måde at løse dette på er ved kun at tilslutte +5 V når kørespændingsregulatorerne er afbrudt som vist i figur 3. En anden måde er at tilslutte en vekselspænding som vist i figur 4.

Når sporet er besat lyser den røde lysdiode. Udgangen OUT (ca. 3,5 V når sporet er besat, ca. 0,1 V når det er ubesat) kan bruges til at styre sikringsanlæg, sporskifter m. v. Signalet er kompatibelt med TTL- og CMOS-logikkredse.

Jeg bruger ikke selv sporisolationer; mine modeller er nemlig fra år 1900 hvor sporisolationen endnu ikke var opfundet. Hvis du har kommentarer til eller erfaringer med denne type sporbesættelseskreds, er du velkommen til at sende mig en e-mail herom.

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