Pienoisrautatie

Pienoisrautatiellä tarkoitetaan yleisesti rautatien ja rautatiekaluston pienoismalleja, jotka on mallinnettu jossain tietyssä mittakaavassa. Vakiintuneita ja standardoituja pienoisrautatiemittakaavoja on useita.

Harrastus

Pienoisrautatie voi olla puhtaasti leikkikalu tai pikkutarkan harrastuksen kohde, jossa pyritään mallin esikuvanmukaisuuteen, tai jotain tältä väliltä. Leikkijunarata voi kehittyä pienoisrautatieksi vähitellen, ja sen painopiste voi vaihtua leikkimisestä radan, rakennusten ja kaluston rakenteluun ja todellisuuden mallintamiseen.
Pienoisrautatieharrastus voi painottua eri tavoin. Jotkut esimerkiksi haluavat rakentaa liikkuvan kalustonsa itse, toiset taas ovat enemmän kiinnostuneita maiseman rakentamisesta tai elektroniikasta tai tietotekniikasta harrastuksen osana. Rakennettaessa kalustoa itse voidaan perustana käyttää joko kaupallisia rakennussarjoja tai alkuperäisiä kalustopiirustuksia ja rakentaa niiden pohjalta malleja eri materiaaleista, kuten messingistä tai muovilevystä.
Alan teollisuus tuottaa laajaa valikoimaa harrastustarvikkeita ja liikkuvaa kalustoa. Valikoima on painottunut sellaisiin maihin, joissa pienoisrautatiet ovat vakiintuneet harrastuksena ja joissa harrastajien määrä pystyy takaamaan kaupallisille tuotteille riittävän menekin. Laajemmin saatavilla olevien tarvikkeiden ja liikkuvan kaluston valikoimat ovat painottuneet eurooppalaisten maiden osalta Keski-Eurooppaan, Ruotsiin, Espanjaan ja Britteinsaarille. Saksa on ylivoimaisesti suosituin kohde malliston runsauden takia. Myös pohjois-amerikkalaisella kalustolla on paljon ystäviä paitsi Yhdysvalloissa ja Kanadassa, myös muualla maailmassa kaluston suhteellisen helpon saatavuuden vuoksi. Suomalaisten rautatiemallien ystäville ei juuri muita mahdollisuuksia ole ollut kuin kaluston rakentaminen itse, koska käytännöllisesti katsoen mitään suomalaisen esikuvan mukaista kalustoa tai rakennuksia ei aiemmin ole ollut kaupallisesti saatavana. Nykyisin kuitenkin on jo olemassa rakennussarjoja mm. vetureille, vaunuille ja taloille. Myös ulkomaiset (tehdas)valmistajat tarjoavat satunnaisesti suomalaismalleja, esim. Sr2-sähköveturi ja Kemira-säiliövaunut tai IC2-vaunusarja Edm.

Erityyppiset radat

Perinteisesti on pienoisrautatie pyritty rakentamaan kiinteästi ja yhtenä kokonaisuutena pöydälle, tasolle tai vastaavalle. Monilla alan harrastajilla on tällaisia laajoja maisemoituja pienoisrautateitä (engl. layout), joissa raiteistoa saattaa olla jopa useita satoja metrejä. Tällaisen pysyvän pienoisrautatien ongelmana saattaa olla tilantarve kotona, joskin valittu mittakaava vaikuttaa suuresti tilantarpeeseen.

Moduulit

Moduuli on suuremman radan osa, jossa on päädyissä jonkun moduulistandardin mukainen mekaaninen ja sähköinen liitäntä muihin moduuleihin. Viime vuosina ovat moduulirakenteiset radat kasvattaneet suosiotaan vahvasti niin kerhotoiminnassa kuin myös kotiratoina. Moduulitekniikan etuja ovat muun muassa isonkin radan helppo siirreltävyys, mahdollisuus rakentaa omaa rataa moduulin verran kerrallaan, jolloin sekä kustannukset että ajankäyttö mahdollistavat radan toteuttamisen pidemmälläkin aikavälillä siten, että rata on käyttökuntoinen kuitenkin koko ajan eikä vasta sitten, kun viimeinenkin osuus on valmistunut. Moduulein on myös helppo toteuttaa ratoja, joihin useammat osallistujat tekevät kukin omia, mutta standardiliitännän ansiosta, muiden tekemien moduulien kanssa täysin yhteensopivia moduuleitaan.
Moduulistandardeja on olemassa lukuisia. Jotkut voivat olla hyvinkin pienen kerhon tai muun harrastajaryhmän omassa keskuudessa soveltamia ja jotkut laajempien käyttäjäpiirien tukemia kansainvälisiä standardeja. H0-mittakaavassa Suomessa on rakennettu saksalaisen FREMO-moduulistandardin mukaisia moduuleita useissa kerhoissa. N-mittakaavassa on Suomessa laajemmassa käytössä N Club Finland:in tukema kansainvälinen N Club International (NCI) moduuli-standardi.

Mittakaavat

Yleismaailmallisesti kaikkia rautateitä, joiden raideleveys on pienempi kuin 381 mm, kutsutaan pienoisrautateiksi, vaikka niillä voitaisiin kuljettaa matkustajia tai rahtia. Raideleveyksillä 381–1434 mm puhutaan kapearaiteisista rautateistä.
Pienoisrautatiet rakennetaan mahdollisimman suuren yhteensopivuuden ja teollisesti valmistettujen osien hyödynnettävyyden vuoksi useimmiten jossain yleisesti tunnetussa mittakaavassa. Rautatieharrastajien järjestöt NMRA Pohjois-Amerikassa ja MOROP Euroopassa ovat standardoineet useita mittakaavoja, joita sekä harrastajat että alan teollisuus noudattavat.
Maailmanlaajuisesti yleisin mittakaava on H0-mittakaava (h-nolla), jonka pienennyssuhde on 1:87: pienoismallissa yksi millimetri vastaa siis 87 mm:ä esikuvassaan. H0:n raideleveys on 16,5 mm, joka vastaa mittakaavan pienennyssuhteen mukaisesti 1435 mm standardiraideleveyttä. Suomen rautateillä on raideleveytenä 1524 mm, josta tulisi H0-mittakaavan pienennyssuhteessa pienoisrautatien raideleveydeksi 17,5 mm. Käytännössä suomalaista esikuvaa H0-mittakaavassa harrastavat ovat päätyneet käyttämään mittakaavan standardoitua 16,5 mm:n raideleveyttä, johon on saatavilla tehdasvalmisteista raiteistoa ja tarvikkeita.
Toiseksi suosituin pienoisrautatiemittakaava on kompaktin kokoinen N-mittakaava eli 1:160, jonka raideleveys on 9 mm. Se on kasvattanut suosiotaan viime vuosina Suomessa, vaikka sen myyntiluvut vastaavasti tärkeimmällä markkina-alueella Saksassa ovat jonkun verran laskeneet. N-mittakaavan suosioon on vaikuttanut suuresti sen pieni tilantarve. Kotioloissa on usein vaikea löytää riittävästi tilaa kohtuullisen kokoiselle H0-radalle, mutta vain noin neljänneksen H0:n vaatimasta tilasta tarvitseva N-mittakaava ratkaisee usein tämän ongelman. N-mittakaavainen rata mahtuu pienimmillään jopa olohuoneen lasikantisen pöydän sisälle tai kirjahyllyyn.
H0-mittakaavan ja N-mittakaavan väliin sijoittuu Itä-Euroopassa ja Venäjällä hyvin suosittu TT-mittakaava, jonka pienennyssuhde on 1:120 raideleveyden ollessa 12mm. Sama raideleveys on myös H0m:ssä (1000mm kapearaideleveys H0 mittakaavassa) ja brittiläisessä 3mm-mittakaavassa (myös nimellä TT3), jossa 3mm vastaa yhtä jalkaa, pienennyssuhteen ollessa noin 1:100. TT-mittakaavan tilantarve on noin puolet H0:n vastaavasta, ja sitä onkin ulkomailla harrastajien keskuudessa pidetty hyvänä kompromissina H0-mittakaavan ja N-mittakaavan välillä.
Pienin yleinen mittakaava on Z, 1:220, jonka raideleveys on vain 6,5 mm, ja jonka Märklin kehitti N-mittakaavan kilpailijaksi ja esitteli vuonna 1972. Valmistajia on Märklinin lisäksi muutamia muitakin. Z-mittakaavassa alkavat kuitenkin pienen koon haittapuolet tulla esiin monella tavoin, eikä Z ole sen vuoksi paras valinta aloittelevalle harrastajalle, mutta kokeneemmat harrastajat ovat rakentaneet merkittävän kokoisia Z-pienoisratoja.
Kaikkein pienin teollisesti valmistettava pienoisrautatie on Eishindon vuonna 2006 Japanissa esittelemä T-mittakaavan rata, jonka raideleveys on 3 mm ja pienennyssuhde 1:450 tai 1:480.
Suurin Suomessa käytössä oleva standardi-mittakaava on 1:8, jonka raideleveys on 184 mm. Tässä mittakaavassa höyryveturit voivat olla höyrykäyttöisiä. Suomen Rautatiemuseolla on tällainen rata museoalueellaan.

Sähkö- ja ohjausjärjestelmät

Pienoisrautatiet toimivat yleensä jänniteohjatusti matalajännitteisellä tasa- tai vaihtovirralla. Jos käyttöjännite syötetään veturiin raiteen molemmista kiskoista, puhutaan kaksikiskovirroituksesta erotuksena myös käytössä olevaan kolmikiskovirroitukseen. Jälkimmäisessä on kiskojen välissä, keskellä, lähes huomaamaton nastarivi, jota pitkin veturin ns. laahain liukuu. Kaksikiskojärjestelmässä on yleensä käytössä tasavirta ja veturin suunta vaihtuu syöttöjännitteen napaisuutta vaihtamalla. Kolmikiskojärjestelmässä on yleensä käytössä vaihtovirta ja suunnanvaihto hoidetaan ylijännitepulssilla, johon veturissa oleva mekaaninen tai elektroninen suunnanvaihtorele reagoi. Junaa ohjataan ajolaitteella, jolla voidaan radan veturin moottorille syötettävää jännitettä säätää, ja junan vauhti riippuu ajojännitteestä. Tällainen sähköjärjestelmä on analoginen.

Digitaaliset ohjausjärjestelmät

Analogisen ohjauksen vaihtoehtona on tarjolla myös digitaalinen, tietotekniikkaan perustuva ohjausjärjestelmä eli digitaalinen komento-ohjaus. Junia ohjataan keskusyksiköllä, joka lähettää radalla oleville vetureille ohjauskäskyjä, ja vetureissa on vastaanotin, dekooderi, joka säätää veturin nopeutta, ajosuuntaa, valoja ym. saamiensa käskyjen mukaan. Digitaalisessa järjestelmässä on useamman veturin samanaikainen liikkuminen radalla toisistaan riippumatta mahdollista. Digitaalijärjestelmät ovat yleistyneet hintatason laskiessa ja toisaalta yksinkertaisten, jo peruspakkaustasoon sovitettujen järjestelmien myötä.
Yksinkertaisimmillaan digitaalinen ohjausjärjestelmä ohjaa vain vetureita. Ohjausjärjestelmää voi myös laajentaa ohjaamaan radan vaihteita ja opastimia sekä tarkkailemaan radan liikennettä. Tällöin voidaan helposti toteuttaa monenlaisia automaattitoimintoja, kuten esimerkiksi linjasuojastus, ja rataa voidaan myös ohjata automaattisesti keskusyksikköön liitetyllä tietokoneella erityisillä, tälle tarkoitetuilla ohjelmistoilla.
Vaihtoehtoisia digitaalijärjestelmiä on käytössä useita, joista yleisimpiä nykyisin ovat Märklin-tehtaan Motorola-järjestelmä sekä useampien valmistajien tukemat yleiset standardit NMRA-DCC ja Selectrix.