Robinsons sporfelt

William Robinsons oppfinnelse av sporfelt til togdeteksjon er blitt regnet som en svært viktig oppfinnelse for en sikker og effektiv togframføring.

Portrettfoto av William Robinson

De første forsøkene med elektriske sporfelt for togdeteksjon ble gjort så tidlig som i 1840-årene. Både elektromagnetisme og elektriske batterier var funnet opp, og grunnlaget var dermed lagt. Fra et batteri ble en svak strøm sendt inn i den ene skinnen. Når et tog befant seg på strekningen oppstod forbindelse gjennom lokomotivets og vognenes hjulaksler til den andre skinnen. Dermed kunne man få en indikasjon på at et tog befant seg på strekningen. De første sporfeltene som det ble gjort forsøk med hadde imidlertid en svakhet: Strømkretsen var sluttet når det befant seg et tog på strekningen. Dersom det for eksempel oppstod brudd i en ledning, eller hvis batteriet ikke ble skiftet i tide før det ble tappet, ville det ikke bli gitt noen indikasjon på at det befant seg et tog på strekningen, selv om det var et tog der.

I 1840-årene ble det også gjort forsøk på å sende telegrafiske meldinger mellom tog og stasjoner og fra et tog til et annet gjennom skinnene George Dugmore og George Millward fikk i 1853 patent i Storbritannia på et system der skinnene kunne brukes til telegrafering mellom togene og mellom tog og stasjoner. Forutsetningen for at systemet skulle fungere var at hjulakslene var isolerte, slik som hjulene på det rullende materiellet på et likestrøms modelljernbaneanlegg. Et slikt system ville ikke la seg kombinere med et sporfeltsystem for togdeteksjon.

Robinson begynner å utvikle et blokksignalsystem

William Robinson (født 12. november 1840, død 2. januar 1921) var en amerikansk sivilingeniør som var svært interessert i jernbaner og signalanlegg. Siden 1867 hadde han arbeidet med å utvikle nye signalsystemer for en mer effektiv og ikke minst sikrere togfremføring. Han utviklet et system der en bryter var plassert slik at toget aktiverte den når det passerte, og et relé fikk spenning og ble innkoblet. I den andre enden av blokkstrekningen var det montert en annen bryter, og reléet ble koblet ut når toget passerte denne. Systemet ble testet, og fungerte godt nok til å overbevise ledelsen hos Philadelphia & Erie Railroad i USA. Systemet ble installert ved Kinzua i Pennsylvania. 

Robinson fant etter hvert ut at dette systemet hadde sine svakheter, og at det under visse forhold kunne bli gitt klartsignal for påfølgende tog selv om det befant seg et annet tog på linja. Hvis det oppstod et ledningsbrudd, eller hvis batteriet var blitt utladet eller ikke fungerte som det skulle, ville det ikke bli vist noe stoppsignal. Det hendte at det oppstod koblingsbrudd i toget, slik at de bakerste vognene ble stående igjen på sporet mens resten av toget kjørte videre. Dermed kunne et påfølgende tog få klartsignal, selv om det stod vogner på sporet.

  

Sluttet sporfelt

Også Robinson fant ut at man kunne bruke sporfelt til å gi en indikasjon på om det befant seg et tog på linja eller om linja var klar. Han utviklet imidlertid en sikrere metode. I den ene enden av hvert sporfelt var et batteri koblet til skinnene, med en pol i hver skinne. I sporfeltets andre ende var et relé som var koblet slik at reléspolen fikk strøm fra batteriet og gjennom skinnene. Når batteriet var tilkoblet, ble reléspolen satt under spenning og reléet ble koblet inn.

Sporet er ikke belagt. Releet er sluttet.

Sporfeltet er belagt.

Når et tog kjørte inn på sporfeltet, ville strømmen gå korteste vei gjennom lokomotivets og vognenes hjulaksler i stedet for gjennom reléspolen. For å unngå at batteriet ble kortsluttet, ble det koblet en motstand i serie med batteriets plusspol og den ene skinnen. Noen batterityper hadde imidlertid en indre resistans som var stor nok til at en slik seriemotstand ikke var nødvendig. Den maksimale lengden på et sporfelt var en mile, som tilsvarer 1,6 km.

Når reléet mistet spenning ville man få en indikasjon på at det befant seg et tog på strekningen. Reléet kunne dermed kobles opp mot et signalanlegg, slik at signalene ville vise ”Stopp”, og man ikke kunne gi noe klartsignal dersom reléets spole ikke hadde spenning. Hvis det oppstod et ledningsbrudd eller feil på batteriet, ville reléet miste spenning, og intet klartsignal kunne gis. Da batteriet og reléet var plassert i hver sin ende av sporfeltet, ville skinnebrudd gi stoppsignal. I 1871 hadde Robinson kommet så langt at han kunne søke om patent på sitt sporfeltsystem.

Robinsons sporfelt ble testet på en utstilling i Erie i Pennsylvania i 1872. Robinson hadde fått laget en modell av ei vogn og et spor til vognmodellen. Sporet var langt nok til at det kunne deles inn i seksjoner, og ble senket ned i en beholder full av vann. En klokke var koblet slik at den skulle begynne å ringe når vogna rullet inn i en bestemt seksjon på sporet. Alt fungerte som det skulle. Reléet koblet seg ut og inn, og klokka begynte å ringe i det vognas forreste hjulpar rullet inn i den bestemte seksjonen. Når denne seksjonen ikke lenger var belagt av noen av vognas hjulpar, sluttet klokka å ringe.

Mange mennesker, både jernbanefolk og andre, var til stede ved demonstrasjonen av Robinsons sporfelt. Robinson fikk patent i Frankrike den 29. februar 1872, og i USA den 20. august samme år. Philadelphia & Erie Railroad ble straks interessert, og et slikt sporfelt ble installert i Kinzua, der Robinson noen år i forveien hadde installert sitt forrige signalanlegg. Det var en smal sak å ombygge det eldre anlegget til å fungere etter det nye prinsippet med lukket sporfelt.

De tidlige isolatorene var store og klumpete.

Signaliseringen foregikk med signalskiver. Ved hjelp av motvekter ble signalskivene holdt i stilling for klarsignal av en elektromagnet, mens skiva viste stoppsignal dersom elektromagneten mistet spenningen. Denne elektromagneten var koblet opp mot sporfeltet, og hadde bare spenning når sporfeltet var sluttet.

Sporveksler og klaffbruer

Robinson foretok en del installasjoner av sporfelt med tilhørende signaler på flere jernbanestrekninger i og i området rundt Boston. Han hadde også laget et blokksignalsystem til sporfeltene. I noen av blokkene var det sporveksler til sidespor. Sporfeltet ble koblet slik at hver sporveksel måtte være lagt til hovedspor og låst for at klartsignal for tog kunne gis. Dersom vekselen ble låst opp, ble sporfeltet kortsluttet på samme måte som om et tog befant seg på strekningen.

I Somerset, Massachusetts på Old Colony Railroad var det en klaffbru på en av strekningene som fikk linjeblokk med sporfelt. Sporene på klaffbrua ble en del av sporfeltet for sporene ved brua. Brua var sikret med egne sikringsbolter. Klaffbrua måtte være nedfelt og sikringsboltene måtte være på plass for å kunne få klartsignal. Ble en av sikringsboltene fjernet, ville stoppsignal bli gitt umiddelbart.  

Skinnelasker

For at systemet skulle fungere måtte man ha skinnelasker som ledet strøm mellom de skinnene som skulle kobles sammen. På grunn av overflaterust på skinner og lasker ville de laskene man vanligvis brukte gi dårlig eller ingen kontakt. I den første tiden koblet man en ledning mellom skinnene. Man måtte da bore hull i skinnene, og hullet mætte være så trangt at ledningen måtte presses inn. Dette var viktig for å unngå rustdannelser mellom ledningen og skinnen. et alternativ var å lodde ledningen fast i skinnen. Både boring og lodding var tungvint, tidkrevende og kostbart med de metodene man hadde i 1870-årene. Robinson laget derfor en type skinnelask med en fjær som var spent mellom skinne og lask, og som derfor ga god kontakt fra den ene skinnen til den andre. 

Å sikre at signalstrømmen gikk uhindret over skinneskjøtene var en utfordring, og ikke så enkelt med 1870-årenes arbeidsmetoder.

Dermed ville man få god kontakt mellom skinne og lask, slik at man fikk god kontakt mellom skinnene i en skjøt. For å isolere to sporfelt fra hverandre måtte det brukes isolerende skinnelasker. Til å begynne med ble det brukt skinnelasker av tre. Disse var store og klumpete, og man gikk senere over til å bruke fiber mellom skinner og underlagsplater og i mellomrommet mellom de skinnene som skulle isoleres fra hverandre.

Keiseren av Brasil, Dom Pedro II, var på besøk i Boston i juni 1876 og fikk demonstrert hvordan sporfeltsystemet virket. Systemet fungerte akkurat som det skulle. Det hører med til historien at da keiser Dom Pedro II var i West Somerville og tok signalanlegget der i nærmere øyesyn, hadde batteriet til et av sporfeltene holdt i 180 dager uten problemer.

Den vanligste feilen som oppstår på sporfelt er krypstrømmer som går fra den ene skinnen til den andre, slik at reléet kobles ut. Det kan også oppstå feil på reléet eller i strømforsyningen, samt brudd i ledninger mellom mbatteri og skinner, og mellom skinner og relé. I slike tilfeller vil reléet kobles ut, og man får stoppsignal. Det samme skjer hvis en eller begge skinnene blir brutt, da reléet befinner seg i den ene enden av sporfeltet og batteriet i den andre. Feil som gjør at man får klartsignal selv om det er et tog på strekningen er sjeldne. Det er ikke uten grunn at Robinsons sporfelt med tilhørende signalanlegg ble kalt ”The Old Reliable”, eller den gamle pålitelige, blant lokomotivførere på flere amerikanske jernbaner.

I  1880 ble Robinsons patent kjøpt opp av Westinghouse. Sporfeltteknologien er blitt videreutviklet i årenes løp, men prinsippet er det samme på de sporfeltene som brukes i dag.