Systemer for detektering av belagte spor

Fra MJwiki
Hopp til: navigasjon, søk

På prototypiske jernbaner (1:1) er systemer for detektering av belagte spor påkrevd for sikker togframføring. Et komplett sikringsanlegg bruker detektering av belagte spor for å hindre to tog i å kjøre inn på samme spor, og for å vise at sporet ikke er klart. Detektering av sporbelegg er en del av sikkerheten som skal forhindre ulykker på jernbanen.

På MJ-anlegg kan det være ønskelig å kunne vise om et spor er belagt med rullende materiell. Særlig ved skjulte spor vil dette kunne være ønskelig, men også for å bygge prototypiske signalsystemer og ved hel- og halvautomatiske driftsystemer. At et tog som passerer et "kjør"-signal selv setter signalet i "stopp" (river signalet), kan som ved 1:1 også løses i MJ ved at det detekteres at toget er kommet inn på sporet rett bak signalet.

I prinsippet er utgangen på en detektor et logisk nivå 0 eller 1. I de fleste tilfeller er logisk 0 at ingen strøm går, mens logisk 1 er at utgangen er koblet til 0 V. En detektor som har disse egenskapene kan derfor brukes innen digitalteknikk.

På samme måten som man i 1:1 kan detektere at et tog passerer et punkt (punktbasert) eller at det er inne på et avgrenset sporområde (strekningsbasert), kan dette gjøres på flere måter i modell også. I det følgende vil vi kun se på hvordan dette kan løses i MJ.

Punktbaserte systemer

Punktbaserte systemer gir en indikasjon på at et tog har passert et bestemt punkt på sporet. Indikasjonen kan enten gis i form av en elektrisk puls idet toget passerer punktet, eller at et relé eller annet minne endrer stilling idet toget passerer punktet. Metoden med kortvarig puls er den mest utbredte.

Historiske eksempler på mekaniske punktsystemer

Märklin

leverte kontaktskinner så tidlig som på 1950-tallet, ser det ut til. Et ca 10 cm langt stykke av den ene skinnen var isolert fra resten og til dette skinnestykket var det trukket en ledning ut til en bøssing plassert i ballasten. Når en hjulaksel kom på denne skinnen, ble det dannet en elektrisk forbindelse mellom bøssingen og den andre skinnen som igjen var tilkoblet det man kalle jord i Märklin-systemet, den brune lederen. Kontaktskinnen fungerte da som en jordingsbryter og kunne brukes til å legge om sporveksler og signaler, som nettopp trenger en tilkobling til jord for at magneten i releet skal trekke. I sin art var denne kontaktskinnen egentlig et prototypisk sporfelt, men på grunn av dens korte lengde i praksis er å betrakte som et punktsystem. Ulempen med denne opprinnelige kontaktskinnen til Märklin var at ikke bare lokomotivet, men også alle vognene aktiverte den elektriske artikkelen som måtte være koblet til bøssingen. Det gikk derfor forholdsvis mye strøm gjennom elektromagneten i omskifteren eller releet som dermed kunne overopphetes hvis toget var langt og/eller kjørte sakte. Hvis et tog stoppet helt opp på en slik skinne ville strømmen til elektromagneten stå på hele tiden, med fatale følger for magneten. Märklin endret derfor konseptet tidlig på 1960-tallet og konstruerte en kontaktskinne som ble aktivert av slepeskoen ved at en liten plasthendel rundt punktkontaktrekka ble skjøvet ned i togets kjøreretning, som igjen lukket en elektrisk kontakt inne i skinna som koblet bøssingen til jord. Siden hendelen skyves hver sin vei ettersom hvilken vei toget går, laget man her en retningsstyrt kontaktskinne, som dermed ble utstyrt med to bøssinger, en for hver vei. Det bedret bruksmåtene betraktelig.

Fleischmann

hadde en kontaktskinne som en kort tredje skinne plassert litt til siden for senter. Den ble berørt av fjærbelastet knast under lokomtoivet som dermed sluttet en elektrisk krets mellom den ene skinnen og den korte kontaktskinnene. Denne var delvis retningsstyrt i den forstand at den bare ble betjent av lokomotiver og motorvogner som hadde knasten på riktig side i forhold til skinnen, mens kjøreretningen på materiellet ikke spilte noen rolle.

Faller

FALL-641.jpg
leverte også et punktkontaktsystem fra 1950-tallet. Det bestod av en kontaktfjær som man kunne montere på det rullende materiellet man ønsket. I skinnen, helst Märklins M-skinne, plasserte man et kontaktstykke som kontaktfjæren berørte og sluttet dermed en elektrisk forbindelse mellom jord og kontaktstykket.

Nyere systemer

Reed-kontakt

Mot slutten av 1960-tallet ble reed-kontaktene populære. Det er elektriske kontakter innesluttet i et lite glassrør som aktiveres ved at man fører en magnet i nærheten. Veg å utstyre rullende materiell med magnet, ville kontakten slutte til i det dette materiellet passerte reed-kontakten. Reed-kontakten plasseres enten i skinna mellom svillene eller rett under skinnen slik at avstanden til magneten ikke er for stor. Reed-kontakten er mer fleksibel enn de beskrevne kontaktskinnene i den forstand at dette er kun en elektrisk bryter som det ikke er forhåndsbestemt hvilke elektriske ledere som skal kobles sammen. Kontaktskinnene koblet til jord; her er det valgfritt hva det kobles til.

Optiske detektorer

Med 60-tallet kom så smått også elektronikkens inntog i MJ. Optiske detektorer var et av produktene som flere tok i bruk til punktdetektering. De optiske detektorene kan enten plasseres i skinna og en lyskilde over, slik at når toget kjører over blir det mørkere, og detektoren skifter tilstand. Noen bruker også en infrarød diode og en optisk detektor som treffes av det infrarøde lyset. Når et tog passerte, brytes dette lyset, og detektoren skifter tilstand. Den optiske detektoren må i begge disse tilfellene kobles til en passende elektronikk som tolker signalet og omformer den til noe passelig for MJ-bruk.

Spordetektering ved punktsystemer

I seg selv gjør ikke et punktsystem noe mer enn å utføre noe idet punktet passeres av et tog som kan utløse systemet, det være seg ved hjulakslen, slepeskoen, kontaktfjær o.l. Varsel om sporbelegg er noe mer enn en punktinformasjon. Ved to retningsbaserte punktkontakter og et dobbelspolerelé kan man ordne spordeteksjon ved at den første detektoren plasseres der sporet som skal overvåkes starter og setter releet i "belagt"-posisjon. Der sporet slutter i samme kjøreretning plasseres en punktkontakt til, som setter releet i "ikke-belagt"-posisjon. Dette vil være grunnprinsippet for slik deteksjon, enten det utføres med reléteknikk eller elektronikk eller også i forbindelse med datamaskiner. Utfordringen er å sørge for at et slikt belegg ikke oppheves for tidlig. Plassering av detektoren som skal kunne oppheve et belegg må derfor tenkes nøye gjennom. Hvis tog som kommer fra andre spor kan passere opphevelsesdetektoren, må man ha tilleggsystemer som skjelner mellom hvor toget kommer fra m.m.

Strekningsbaserte systemer

Rent sikkerhetsmessig er disse enklere å bruke og sikrere i og med at de faktisk tester om et bestemt spor er belagt til enhver tid. Disse systemene er en direkte simulering av hvordan det gjøres i 1:1, nemlig ved at hjulakslene lager en elektrisk forbindelse mellom de to skinnestrengene. Her beskrives to metoder som er/har vært brukt i stor utstrekning. For at deteksjon skal skje, må det være en elektrisk leder mellom de to hjulsidene på materiellet som skal detekteres. Ved lokomotiver og andre med motorer eller med belysning, er dette ordnet. For at andre vogner skal detekteres, må det kobles en motstand (typisk 10k - 100k) mellom hjulene på en aksel. I praksis holder det at kun noen av vognene i en togstamme har en slik utrustning, og helst den bakerste vogna for å kunne detektere når en togstamme er slutt.

Linn Wescotts Twin-T Detector

Allerede i 1958 konstruerte amerikaneren Linn Wescott en detektor for 2-skinnesystemet som de fleste senere detektorer har bygget videre på. Prinsippet er å teste om det går en elektrisk strøm gjennom en av tilførselsledningene til en sporstrekning. Går det strøm, så finnes det noe på sporet som leder strøm fra den ene skinnen til den andre. Ved å skyte inn i tilførselsledningen to parallellkoblede kraftdioder, en for hver strømretning, vil det oppstå et konstant spenningsfall over diodene på ca 0,7 Volt hvis og bare hvis det er strømbrukere på sporet. For at deteksjon også skal skje når det ikke er kjørestrøm på sporet, må det legges til en ekstra strømkilde som er sterk nok til at spenningsfallet på 0,7 volt oppstår og svak nok til at motorer på lokomotiver ikke drar i gang. Det oppnås ved å mate den motsatte skinnen med en egen spenningskilde på 10-15 volt via en rimelig høy motstand som gjør at strømmengden blir for lav for at motoren skal settes i gang. Spenningsfallet på 0,7 volt må på en eller annen måte utnyttes elektronisk til noe nyttig, for eksempel ved å forsterkes.

Bruce Chubbs Optitional Detector

Bruce Chubb lanserte i 1985 i Model Railroader sin artikkelserie om hvordan koble et MJ-anlegg til en datamaskin som kunne styre alle elektriske funksjoner på et anlegg (CMRI). I denne serien inngikk en detektor som bygget videre på Twin-T på den måten at en deteksjon medførte at en utgang fra detektoren ble ført mot jord. Dermed fungerte detektoren som en jordingsbryter ved belegg, ikke ulikt Märklins første kontaktskinne beskrevet tidlig i denne artikkelen. Chubb laget senere en variant som passer til digitalkjørsel (DCCOD), i hovedsak ved å skifte ut de to kraftdiodene med spoler. Dermed ble logikken og kjørestrømmen galvanisk atskilt.

Spordetektering ved strekningsbaserte systemer

Dette gir seg selv, fordi detektoren gir ett signal når det er belegg og et annet når sporet er fritt. Det er ikke noe behov for videre bearbeiding for akkurat det formål å vite om et spor er belagt eller ikke.

Lenker

Gateway NMRA: Detection Systems and Circuits [1]