Skinnenormer – Brandhøjbanen

NEDG 310 og andre normer for hjul og skinner i BRANDHØJBANE-størrelse.

Anledningen til at skrive en ny BHB-hjulnorm er, at banen ikke fremover bliver bygget med et 3½ tomme spor, hvilket ændrer banens grundmål. Sporet på BRANDHØJBANEN er beskrevet i banens SPORREGLER 2004.

Efter en omtale af 2 almindelig benyttede normer for modelbaner (engelsk og tysk) følger oplægget til en ny BHB-hjulnorm med en opstilling af normtal med benævnelse som i NEDG 310. Man kan bare ikke ændre tallene i NEDG uden også at ændre navnet for normen.

Først noget om NEDG 310 som i dag findes på internet: www.dampf-modell-bahn.de

Grundlaget for en aftale om en europæisk norm findes helt tilbage i 1977 i en redegørelse som DBC-D (Dampf Bahn Club-Deutschland) udarbejdede og endelig kunne udsende som normblade i marts 1991, og nu med sit navn NEDG 310.

Senere daler interessen for DBC-D. De mange tyske “dampklubber” behøver ikke en overordnet instans, så der bliver stille om normerne indtil tidsskriftet GARTENBAHNEN tager emnet op igen, senest i nr.3 år 2000.

De engelske SM&EE standarder for modelhjul blev bragt i MODEL ENGINEER i maj 1976 og er siden genoptrykt uændret mange gange, for eksempel i ME, april 1992.

Inden normerne for de større modeller dukker op, har man klaret sig udmærket uden, netop fordi det drejer sig om modeller af jernbanemateriel, og banen var simpel. Når modellerne bliver så store, at man hellere må lægge skinnerne ned på jorden og der skal være sporskifter og måske et spor for flere skalastørrelser, – ja så er det nødvendigt med normer. Men normer er en slags trosbekendelser og nu er det svært at blive enige om en universel norm selvom det reelt kun er små forskelle der findes. Heldigvis kan begge hjulnormer bruges på de fleste bestående baneanlæg.

SM&EE normtallene omfatter ikke Spor 6M, men for henholdsvis Spor 5 og for Spor 7 angives nogle bearbejdningsmål, som er velegnede til normalsporede lokomotivhjul (ikke til vognbogier til tung passagerkørsel).

NEDG 310 er ophav til de fremhævede betegnelser for modelsporene. Normen angiver største eller mindste mål som normtal, men mister herved sammenhængen og må indføre en beregningsmetode som ikke er let at gennemskue (i internetudgaven af normen omtales formlen ikke), og normtallene for Spor 6M er faktisk ubrugelige! Disse tal er ukritisk overført fra 1977 udgaven og gengiver en anden opfattelse af hjulprofilets opmåling end den de øvrige tal i normen bygger på (sådan kan en aldrig anerkendt norm “NEM 320” overleve). Der kan ikke være mange, der ser i modelnormer for at bygge 1:10 modeller, så havde de brokket sig.

Med henvisningen til internetudgaven af NEDG 310 og gengivelsen i GARTENBAHNEN, nu senere også oversat til dansk i KLUBNYT nr. 105, november 2003, er der ingen grund til at gentage tallene i NEDG.

I et oplæg til en ny BHB-norm skal det allerførst siges, at der er den principielle forskel på sporregler og hjulnormer, at tallene i sporreglerne er besluttet af dem der bygger banen, hvorimod tallene i hjulnormen er vejledende for den der bygger lokomotiver og vogne. Modelbyggeren kan bygge sin model efter tegninger og normer eller egne ideer som han ønsker. Derfor er beskrivelsen af banen, sporreglerne grundlaget for normerne, ikke omvendt.

På grund af pladsforholdene bygges modelbaner med små kurveradier, og BRANDHØJBANEN er ingen undtagelse. Derfor bliver hjulenes spillerum i sporet afgørende for, om et modellokomotiv kan køre på banen. Dette spillerum kan ikke skrives i hverken sporregler eller hjulnorm, men for at kunne sætte mål på en tegning af et modelhjul, indføre vi midlertidigt bogstavbetegnelsen s i dette oplæg for den afstand der er mellem hjulflange og skinne (bemærk ental). Målet på hjulflangen hedder T. Hvis man står med et modellokomotiv på et stykke lige spor, kan spillerummet, som her er 2 s, nemt konstateres ved at skubbe lokomotivet fra kørekant til kørekant på tværs af sporet. I oplæget er vi henvist til at benytte “blyant og papir” metoden.

Det kan beregnes hvilket mål der er til rådighed for een en hjulflange inklusiv spillerum med de nedenfor anførte normtal ved at trække målet B fra G målet og dividere med 2. Sagt på en anden måde er sporvidden med spillerummet for et hjulsæt:

G = B + 2 ( T + s )

Grundmålene for BRANDHØJBANENS spor sammenstilles i tabel 1:

Det karakteristiske mål for jernbanehjul, der kører gennem sporskifter er målet indvendig mellem flangerne i et hjulsæt. Ved de store baner er dette mål, 1360 mm aldrig til diskussion uanset hvilken hjulprofil man finder på (selv flangeløse hjul) og det slides ikke nævneværdigt. I modelnormer er der efterhånden generel enighed om, at anvende de i tabel 2 viste mål (back to back), men vær opmærksom på, at modelbyggere kan have benyttet afvigende mål på deres tegninger.

I tabelform er hjulsætmålet B for alt rullende materiel vist i tabel 2:

Når hjulsætmålet B er fastlagt i en modelnorm mangler der kun en aftale mellem modelbyggerne og “banestyrelsen” om, hvor stort spillerum et hjulsæt har i sporet på den pågældende bane. Ved de store baner er spillerummet omkring 10 mm.

Hvis man nu (som ved de store baner) vælger, at B skal være det faste mål i ovenstående ligning, kan man gøre G lidt større, dvs. anvende en sporudvidelse, eller gøre T mindre, dvs. dreje flangerne tyndere, hvis lokomotivet skulle klemme i kurverne på banen. For BRANDHØJBANEN er anvendelsen af sporudvidelser beskrevet i banens SPORREGLER 2004. Ligningen for regnestykket er angivet i hjulnormen NEDG 311. Opstillet i en tabel ser regningen ud som vist i tabel 3:

Nu er det på tide at aftale hvordan man måler ovenstående modelmål. For sporets vedkommende måles sporvidden G som afstanden mellem to kørekanter, lodret mellem skinnerne. Kørekanten er godt nok målemæssigt fastlagt i en vis højde (14 mm ved DSB) under det afrundede skinnehoved, men i sin funktion som styrekant er det nærmest uden betydning. Hjulsætmålet B måles mellem indersiden af flangerne lodret ned, uanset eventuelle vinkler og rundinger.

Ydersiden af flangen er en del af en kørekant der ved de store baner er udviklet til en kompliceret geometri. I model kan man holde sig til den facon som de allerførste jernbaner indførte for små 200 år siden og som kan beskrives som en løbeflade og en styreflange med en vis afrunding af overgangen mellem de to flader. Hældningen af løbefladen på 1:20 lades ude af betragtning i første omgang, så den bliver en cylinderflade med hjulets diameter. Rundingen i overgangen skal være lidt større end afrundingen på skinnens kørekant. Begrundelsen herfor har læseren nok mærket som et hårdt bump ved at køre op på eller ned fra et af de utallige dårlige vejbump (der virker), når hjulets runding er større end afrundingen mellem vejbane og bump.

Målet T for hjulflangen (og også spillerummet s) angives i en vis højde under hjulets løbeflade fordi flangen er skrå i forhold til det mål som skal bruges. Målehøjden betegnes med P. Det er specielt for BHB-hjulnormen, at der anvendes samme målehøjde for alle sporvidder uanset skalastørrelse, fordi de 3 sporvidder benytter fælles skinnestrenge. Andre hjulnormer tager ikke dette hensyn. I BHB-hjulnormen anvendes målehøjden P = 1,6 mm. Det er det mere teoretiske (trosbekendelserne) og vi får brug for en tegning. (Se tegning 1)

Tegningerne i dette oplæg er underlagt printerens og computerens luner. Afmærkningerne vandret og lodret svarer til 1 mm . Centrum for afrundingen i overgangen mellem løbeflade og flangevinkel er i tegning 2 angivet på vinkelhalveringslinien for en flangevinkel på 70 grader. Cirkelslaget for afrundingen overlades det til den interesserede læser at tegne selv. (Se tegning 2)

De fleste normer for hjul anvender en flangevinkel på 70 grader, som altså også benyttes i dette oplæg (det skrives ofte som 20 grader). Bagefter står det modelbyggeren frit at vælge selv. Hjul til 2-akslede vogne med lang akselafstand bør fremstilles med 60 grader flange. Det er egentlig hjulets spillerum mere end flangens tykkelse vi vil undersøge. Derfor tegnes kun det lille område af kørekanten, der beskriver overgangsrundingen, altså med spillerummet som tegningens midterfelt.

I tabel 3 fandt vi, at der var 6 mm til deling imellem flange og spillerum for et Spor 7 hjul (uden sporudvidelse). Spillerummet er afhængig af sporvidden når hjulet er ude på banen, men på tegningen markeres skinnens kørekant 6 mm fra hjulets inderside og spillerummet bliver afhængig af hvilket mål T der angives for flangen i hjulnormen. Normtallet for Spor 7 hjulet er tilpasset banens sporregler og er T = 4,5 mm.

Hjulets spillerum kan nu tegnes jævnfør ovenstående. Skæringspunktet mellem P = 1,6 linien og flangevinklen angiver flangetykkelsen T = 4,5 mm målt fra hjulets inderside, og skinnens kørekant tegnes i den beregnede afstand fra skæringspunktet (6 mm – 4,5 mm = 1,5 mm).

Tegning 2 er stor nok til at vise, at cirkelslagene for afrundingen R 1 vil røre flangevinklen lidt under eller lidt over målelinien afhængig af vinkel og afrunding (R1 = 2 mm og R1 = 3 mm er afmærket), men målt på et hjulemne er resultatet stort set det samme. Hældningen af løbefladen, og dermed anvendelsen af løbecirkel-målemetoden (omtales senere), får indflydelse på flangemålet, men foreløbig tegner vi kun for at få et billede af grundlaget for normtallene. Hvis skinnernes kørekant har en stor afrunding (større end R1), skal man bruge en tilsvarende stor afrunding ved hjulflangen (vejbump).

Ovenstående spillerum s gælder når et hjulsæt kører ud ad sporet og styres af skinnerne med et samlet spillerum på 2 s. Det er vigtigt at bemærke, at dette spillerum gælder for lokomotivets faste akselafstand. Med de benyttede normtal er der 3 mm “luft” for et Spor 7 hjulsæt i et lige spor. Den længste faste akselafstand der kan klemmes ned i en 16 m kurve er omkring 60 cm når hjulene fremstilles efter normtallene, og det samme i en 12 m kurve med den anvendte sporudvidelse.

På grund af de meget små kurveradier i modelsporene ville flerkoblede lokomotiver klemme i sporet hvis modelnormerne ikke bevidst var skrevet med mål for tynde flanger. Det større spillerum medfører at hjulet må laves med en bredere løbeflade så det har et rimeligt indgreb over skinnerne, også når der er gjort god brug af sporudvidelser. BHB-hjulnormen angiver målene for brede hjul som andre modelnormer; i tabel 4 sammenstillet med en skalatro hjulbredde (meget brede hjul er til passagervogne). (Se tabel 4)

Spillerummet i sporet skal nu heller ikke være større end absolut nødvendigt. I kurver under 16 m er sporudvidelsen 2 mm på BRANDHØJBANEN og mindste kurveradius er 12 m. Rullende materiel med en fast akselafstand på ca 60 cm kan som nævnt køre i kurverne med disse mål for banen. Med en kortere fast akselafstand, som f.eks. i en vognbogie med 2 aksler, vil hjulene “spidsløbe”. Begrebet beskriver det forhold, at det forreste hjulsæt i kurverne møder den ydre skinne i en spids vinkel, hvorimod det bagerste hjulsæt følger inderskinnen (radial). Sidekræfterne på de to aksler skal tilsammen dreje bogien under vognen så den følger kurven, men et stort spillerum medfører, at forreste hjulflange røre skinnekanten lidt foran bærefladen. Resultatet kan blive, at hjulet slides meget eller i værste fald klatre over skinnen. For at modvirke dette, må spillerummet i sporet være mindst muligt eller flangevinklen mindre (60 grader). Begge dele opnås ved at tilpasse hjulmålene for bogievogne.

Hjulmålenes funktionsmæssige hensyn er opfyldt, når der er “luft” i sporet. Begrænsningen for hjulets sideværts bevægelse er, når “sporkræfterne” begynder at løfte hjulet op fra løbefladen, hvilket er meget afhængig af, hvor stor kraft der er til at trykke hjulet ned. Vægtfordelingen på hjulene og dermed affjedring og akselstyr er altafgørende for modellokomotivets løb i sporet. Det er også her (ved begrænsningen), at hjulsættene kommer i klemme. Følgelig bruger man at skrive et “ulighedstegn” i ligningen for sammenhængen mellem spornorm og hjulnormer, hvor s jo ikke er angivet. Det antages, at begrænsningen målemæssigt er i overgangen mellem rundingen R1 og flangen, men det vil som målepunkt være afhængig af både afrunding og flangevinkel. Derfor må normtallene være mere konkrete og angiver flangens tykkelse ved målehøjden P. Dermed får man også mulighed for at måle slidte hjul og hjul der er fremstillet efter andre ideer om størrelse af R1 og flangevinkel.

G > B + 2 T

I oplægget til BHB normerne er spillerummet for et hjul betegnet med s og nu kan vi så glemme alt om dette s. I ovenstående ligning er spillerummet for et hjulsæt. Derfor er hjulets spillerum ikke nævnt i normtallene og kunne, lidt dobbelttydigt, bare kaldes “det der mangler”.

Flangehøjden D får på flersporede modelbaner som BRANDHØJBANEN en særlig betydning idet der anvendes et flangeløb i sporskifterne af hensyn til de mindre sporvidder, hvor et mindre hjul på denne måde forhindres i at falde voldsomt ned i sporrillen for Spor 7 hjulet.

Da målene G og B generelt er de samme i alle modelnormer, er det sporrillen Fmin der på den enkelte bane er afgørende for, hvor brede flanger der må være på hjulene. Det angivne mål K er et hjulsæt kontrolmål, der modsvarer tvangskinnemålet C i sporreglerne:

K = B + T

Når der er sporskifter i en bane skal tvangskinnerne sikre, at hjulene løber på den rigtige side af (eller ikke ødelægger) hjertespidserne i sporskiftet, når hjulsættet kører ud af det føringsløse område i sporet. Tvangskinnemålet C er bestemt af hjulsætmålet B og flangetykkelsen T samt et tillæg t. Tillægget giver “luft” for unøjagtigheder i hjulsæt og spor og er for BRANDHØJBANEN valgt til: 0,5 mm for Spor 7 og 1 mm for Spor 5 og for Spor 6M. Det samme tillæg anvendes i sporrillen Fmin

Bemærk at sporrillen F ved tvangskinner er mindre end Fmin

Der anvendes samme Fmin i alle skinnekrydsninger på BRANDHØJBANEN. Ved sporudvidelse bliver Fmin udvidet med det samme mål som sporudvidelsen. Omvendt betyder det, at sporvidden er større end grundmålet for Spor 5 og for Spor 6M i sporskiftet (omtales i banens sporregler).

Hjulets bagside er en vigtig udgangsflade for andre normmål. Med anvendelse af tvangskinner er det en fordel, hvis indersiden af flangen har en “indløbsvinkel” og en god afrunding af selve flangen. Vinklen kan være 8- til 10 grader efter forholdene. Flangerundingen r tilpasses de øvrige mål for flangen.

Hvis den interesserede læser indsætter normtallene for Spor 7 i tegning 4 og regner sig frem til de tal der mangler, vil det fremgå af regnestykket, at tillægget t er en del af hjulsættets oprindelig beregnede spillerum som “banestyrelsen” tager ud af hjulsættets spillerum i det område af sporskifterne der er dækket af tvangskinner.

Målehøjde for alle hjulstørrelser er P = 1,6 mm. Løbecirklen er et hjælpemål for opmåling af hjulet og svarer til skinnemidte for brede hjul (22 mm i Spor 7) på en 10 mm skinne. Målet for r tilpasses øvrige flangemål.

Tegning 5 er ikke i et bestemt målforhold, men viser hvordan et modelhjul kan opmåles i relation til sporet med normtallene fra tabellen. Tallene er beregnede for normalspor (1435 mm).

Hjul - og skinnenormer for Brandhøjbanen