Trzecia szyna (szyna modelowa)
Wykorzystanie trzeciej szyny w modelowaniu transportu szynowego to technika, która była kiedyś stosowana w celu ułatwienia okablowania.
Wczesne zestawy pociągów
Przedwojenne składy pociągów takich producentów jak Hornby były prawie w całości rozstawem O , zegarowym lub elektrycznym, przy czym składy elektryczne wykorzystywały system trzech szyn. Zarówno tor, jak i tabor zostały wykonane z prasowanej, litografowanej blachy białej, z kilkoma kawałkami odlewanego ciśnieniowo cynku lub toczonego mosiądzu. Trzecia szyna została odizolowana od podkładów z blachy białej za pomocą izolujących podkładek z włókien .
Po wojnie nastąpiło przejście od skali O do półwymiarowych skal HO i OO . Udoskonalona w tamtym czasie technologia, szczególnie w przypadku formowanych elementów z tworzyw sztucznych, sprawiła, że elektryfikacja dwuszynowa stała się praktyczna. Wielu modelarzy kolejowych nowej generacji budowało od podstaw swoje nowe lokomotywy dwuszynowe, chociaż nie było to powszechnie akceptowane. Większość producentów komercyjnych zestawów kolejowych przez jakiś czas kontynuowała stosowanie systemów trójszynowych.
Trudności dwuszynowe
Stosowanie dwuszynowego systemu elektryfikacji w modelu kolei wiąże się z wieloma trudnościami, zarówno w przypadku torów, jak i taboru.
Ścieżka
Tor oczywiście wymaga, aby dwie szyny były izolowane od siebie i od podtorza, jeśli jest on wykonany z metalu. Jeśli elementy toru są odwracalne, obie szyny muszą być izolowane. Niezawodne działanie wymaga również dokładnej kontroli szerokości toru, z których wszystkie wymagały dokładnie formowanych wtryskowo łączników z tworzywa sztucznego, a nie elastycznych włókien.
Kolejnym problemem była praca na szpicach, ponieważ żabka i ruchome ostrza są połączone z przeciwległymi szynami, zgodnie z kierunkiem, w którym ustawione są groty. Wymaga to albo izolowanej dwuczęściowej żaby, z ryzykiem słabego kontaktu z przejeżdżającymi przez nią lokomotywami; lub też całkowicie metalowa „żywa” żaba, która musi być odizolowana od szyn poza zwrotnicą i która zwykle wymaga dodatkowego przełącznika, aby zapewnić niezawodne połączenie. Dla porównania, system trzech szyn jest po prostu odizolowany od torów biegowych.
Niektóre układy, takie jak pętla balonowa , również stwarzają problemy w przypadku dwóch szyn, ponieważ łączą przeciwległe szyny wokół pętli i mogą wymagać izolacji.
Tabor
Wagony i wagony mogą wykorzystywać zestawy kołowe z formowanego tworzywa sztucznego, które są kompatybilne zarówno z systemami trójszynowymi, jak i dwuszynowymi. Hornby Dublo wprowadził je w 1959 roku, podczas przechodzenia na dwie szyny, kiedy większość użytkowników nadal korzystała z układów z trzema szynami.
lokomotywy
Lokomotywa dwuszynowa musi zarówno unikać zwarcia dwóch szyn jezdnych, jak i musi niezależnie pobierać prąd z obu stron. W przypadku lokomotywy trójszynowej koła i osie są zwykle metalowe, a metalowe podwozie może służyć jako połączenie uziemiające. Ma to tę zaletę, że wszystkie koła, w tym wózki, działają jak przetworniki. Daje to dużą długość odbioru, zmniejszając problem przekraczania luk w dostawach.
W przypadku systemu dwuszynowego pobór prądu odbywa się zwykle za pomocą kolektorów sprężynowych z brązu fosforowego umieszczonych z tyłu obręczy kół. Jeżeli koła są izolowane za pomocą plastikowych kół w metalowych felgach, to tylko felga jest dostępna dla kolekcjonera. Tylko te koła, często dwa, ze sprężynami zbierającymi, mogą pobierać prąd z toru. Może to powodować problemy z przekraczaniem luk w pracy punktowej. Alternatywnym systemem jest konstrukcja z „dzieloną ramą”, która cieszyła się pewną popularnością w przypadku wczesnych wąskotorówek, takich jak tor N i modelowanie prototypów wąskotorowych . Wykorzystuje to przewodzące metalowe koła i osie, w których osie są podzielone na pół jako dwie strony, izolowane od siebie. Ramy lokomotywy są również podzielone. Zamiast oddzielnych sprężyn podbieracza, łożyska osi pełnią rolę kolektorów. Ta technika jest nieco skomplikowana w przypadku wykonywania osi, ale łatwiej dostosowuje się do węższych rozstawów. Może również łatwo pobierać prąd ze wszystkich kół napędowych, a nawet kół ciężarówki kucyka.
System dwuszynowy kontra trójszynowy
Wczesne pociągi-zabawki wykorzystywały dwa metalowe tory, jak większość prawdziwych pociągów . Jednak producenci szybko odkryli, że zastosowanie środkowej szyny do zasilania elektrycznego i dwóch zewnętrznych szyn do wspólnego lub uziemienia sprawiło, że styk elektryczny był znacznie bardziej niezawodny i mniej podatny na zwarcia . Kontakt z trzema szynami eliminuje również potrzebę stosowania izolowanych kół, co było ważnym czynnikiem, zanim tworzywa sztuczne stały się powszechnie dostępne. Większość wag i mierników, które były starsze niż skala H0, wykorzystywała trzy szyny do zasilania elektrycznego.
Kierunek
Trójszynowe lokomotywy prądu stałego będą poruszać się w tym samym kierunku „do przodu”, ilekroć trzecia szyna ma tę samą biegunowość, bez względu na to, w którą stronę są umieszczone na torze. Dwie identyczne lokomotywy mogą poruszać się po torze w różnych kierunkach, w zależności od orientacji, w jakiej są na nim ustawione.
Natomiast lokomotywy dwuszynowe będą poruszały się w tym samym kierunku względem toru. Jeśli lokomotywa jest odwrócona, nadal będzie się poruszać w tym samym kierunku (względem toru). Zgodnie z konwencją wszystkie lokomotywy są okablowane i ustawione tak, aby poruszały się konsekwentnie, dzięki czemu możliwe są pociągi dwukierunkowe .
System styków kołkowych Marklin wykorzystuje silniki prądu przemiennego. Są one niezależne od polaryzacji zasilania i zamiast tego wykorzystują wewnętrzny przełącznik, sterowany impulsem o wyższym napięciu w celu odwrócenia kierunku.
System trójszynowy
Kluczową zaletą toru trójszynowego są pętle balonowe , w których pociąg wjeżdża na pętlę przez rozjazd , a następnie wyjeżdża przez ten sam rozjazd, aby zmienić kierunek pociągu. W przypadku torów dwuszynowych, gdy tor sam się cofa, powoduje to zwarcie. W przypadku torów trójszynowych, ponieważ szyna środkowa pozostaje stała, a szyny zewnętrzne są elektrycznie identyczne, nie powoduje to żadnych problemów.
Trzecia szyna została również wykorzystana do automatyzacji i animowania układów . Akcesoria, takie jak sygnalizacja kolejowa , mogą być podłączone do odcinka toru, którego jedna z zewnętrznych szyn jest izolowana (nieuziemiona) w fabryce lub przez hobbystę . Następnie przejeżdżający pociąg uziemia izolowaną szynę, zamykając obwód i powodując działanie akcesoriów.
Szyny izolowane (lub odcinki szyn) można również wykorzystać do sterowania rozjazdami, powodując przestawienie rozjazdu w położenie potrzebne nadjeżdżającemu pociągowi.
Ze względu na tę cechę wagony przeznaczone do jazdy trójszynowej nie będą działać na torze dwuszynowym, chyba że ich koła zostaną najpierw odizolowane od siebie. Wagony przeznaczone do torów dwuszynowych będą działać na torach trójszynowych, ale nie będą uruchamiać elementów sterujących podłączonych do izolowanej szyny. Przerabianie wagonów trójszynowych na dwuszynowe lub odwrotnie jest więc powszechną praktyką wśród hobbystów. Wymaga to albo wymiany wózków (zespołów kół) w wagonie, albo wymiany metalowych osi na osie wykonane z nieprzewodzącego materiału.
Główną wadą trójszynowego toru jest brak realizmu. Podczas gdy niektóre rzeczywiste pociągi używają trzeciej szyny , prototypy większości modeli kolejowych nie. Lionel próbował poprawić tę sytuację pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku za pomocą toru Super O , który zaczernił środkową szynę i uczynił ją cieńszą, aby zmniejszyć jej widoczność. Inni w skali O stosują dziś podobne techniki.
Kontakt stadniny
Märklin wykorzystuje „ widmową ” trzecią szynę, w której środkowa szyna jest ukryta w podsypce toru lub podkładkach , z wystającymi tylko kołkami, co daje zalety działania trzech szyn bez poważnego uszczerbku dla jej realizmu. Jest to elektryfikacja styków kołków dla modeli kolejek i jest często stosowana w systemach kolejek ogrodowych . Koleje ogrodowe często mają mieszankę lokomotyw elektrycznych i prawdziwych lokomotyw parowych i chociaż jest to możliwe, izolujące modele lokomotyw parowych poruszanie się po dwóch systemach elektryfikacji kolei jest problematyczne. W praktyce stwierdzono, że system słupków na zewnątrz jest bardziej odporny na problemy z ciągłością powodowane przez środowisko zewnętrzne.
Bliźniak Trix
Chociaż większość systemów trójszynowych łączy elektrycznie dwie zewnętrzne szyny, niektórzy producenci okablowają wszystkie trzy szyny niezależnie. GarGraves jest północnoamerykańskim producentem torów trójszynowych o rozstawie O z izolowanymi wszystkimi szynami. Trix Express to europejski producent torów trójszynowych, który izoluje wszystkie trzy tory.
W prostym, niezkomputeryzowanym układzie tylko jeden pociąg może kursować niezależnie w systemie dwu- lub trzyszynowym (dwa pociągi w połączeniu z liniami napowietrznymi ). W izolowanym typie trójszynowym dwa pociągi mogą kursować niezależnie (trzy pociągi w połączeniu z liniami napowietrznymi).
Zewnętrzna trzecia szyna
We wczesnych latach modelarstwa kolejowego niektórzy modelarze w skali O (dominująca wówczas skala) wykorzystywali zewnętrzną trzecią szynę i system podnoszenia buta do zasilania. Ten system miał tę zaletę, że był bardziej realistyczny dzięki usunięciu środkowej trzeciej szyny wspólnej dla toru w skali O, przy jednoczesnym zachowaniu efektywnego źródła zasilania. Wraz z rozwojem technologii późniejsze zmiany w projektowaniu lokomotyw i torów umożliwiły obsługę dwóch szyn i ostatecznie sprawiły, że praktyka ta stała się przestarzała.