Eisenbahn im Modell

Kontaktstrecken im C-Gleis

Es gibt einige Möglichkeiten, wie man Gleisbesetzt-Meldungen erzeugen kann. Dabei geht es darum zu erkennen, dass ein Streckenabschnitt bereits von einem Zug besetzt ist. Diese Information ist besonders für das automatische Stellen von Weichenstraßen oder Signalanlagen wichtig.

Als Beispiel bei mir in der Anlage ist eine lange einspurige Strecke, welche unter der Grundplatte als Unterführung verläuft. Diese Strecke hat 3 Zufahrten und ist noch mit einem Schattenbahnhof ebenfalls im Untergrund kombiniert. Auch dieser ist kaum sichtbar, da er nur zum Abstellen langer Zugformationen dient. Ich werde also mindestens 3 Signale an den Zufahrten aufstellen, welche bei freier Strecke erst mal auf grün stehen.

Fährt ein Zug über eine der Zufahrten ein, so stellen automatisch alle Signale auf rot. Auch einige Vorsignale ändern entsprechend ihre Lichtzeichen. Die Haupterkennung der Zugeinfahrt in den eingleisigen Streckenabschnitt erfolgt über Kontaktgleise, welche ein Überfahren eines Schleifers erkennen. Sie können sogar die Richtung ihrer Durchfahrt erkennen, indem für die Dauer der Überfahrt mit einem Schleifer ein Kontakt geschlossen wird.

Fährt der Zug an einer der Zufahrten wieder aus dem eingleisigen Streckenabschnitt aus, so erkennt das weitere Kontaktgleis den ausfahrenden Zug und gibt die Strecke wieder frei ... also alle Signale auf grün.

Soweit so gut. Trotzdem wäre es gut zu wissen, welche Streckenabschnitte im Untergrund besetzt sind. Es ist damit möglich auf einer Schautafel die besetzten Abschnitte per LED-Leuchte anzuzeigen. Aber was ist mit dem Schattenbahnhof? Wenn ein Zug in diesen einfährt und dort abgestellt wird, ist die Strecke frei, wird aber immer als belegt angezeigt. Man könnte also mit zusätzlichen Gleisbesetztmeldern in der Durchfahrstrecke immer zusätzlich erkennen, ob diese frei ist bzw. ob ein Zug in den Schattenbahnhof eingefahren ist.


Möglichkeiten zur Gleisbesetzterkennung:
- über Kontaktgleise mit Schleiferauslösung (mit Richtungserkennung)
- spezielle Kontaktgleise von Märklin (M-Gleis, C-Gleis und K-Gleis) können erkennen, ob sich eine Radachse darauf befindet (keine Richtungserkennung)
- Lichtschranken, die die Durchfahrt eines Zuges erkennen

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Abbildung: spezielle Kontaktgleise für die Schrankensteuerung eines Bahnübergangs


Eine weitere, sehr einfache und kostengünstige möchte ich heute vorstellen. Diese funktioniert aber nur beim C-Gleis (bzw. evtl. auch beim K-Gleis), nicht aber beim M-Gleis. Das funktioniert so: Eine Radachse einer Lok oder eines Wagens ist bei Märklin immer aus Metall, also elektrisch leitend. Da bei Märklin beide Schienen auf Masse liegen sowie die Spannungsversorgung über den Mittelleiter funktioniert, ist das Märklinsystem sehr robust bezüglich des elektrischen Kontakts. Ein Rad könnte auch abheben oder in einer Weiche auf eine Kunststoff-Weichenzunge fahren, das andere Rad liegt dabei immer noch auf der metallenen Schiene an und die Lok fährt unterbrechungsfrei. Gleichstromsysteme haben hier deutlich größere Probleme.

Aber nun zur Idee: Die C-Gleise bestehen aus dem Mittelleiter, und den beiden Schienen. Alles wird über den Grundkörper aus Kunststoff fest miteinander verbunden und geführt. Die linke Schiene und die rechte Schiene sind getrennte elektrische Leiter. Nur an den Steckverbindungen werden die beiden Schienen wieder elektrisch zusammengeführt. Genau hier setzen wir an: Ein Zug braucht nur eine Schienenseite für die Durchfahrt. Wenn wir eine Schiene jetzt an der Steckverbindung elektrisch isolieren, so wäre eine Schiene in einem Gleich ohne Verbindung zur Masse ... also isoliert. Würde nun ein Zug auf diese Schiene auffahren, so würde die Achse über die andere masseführende Schiene elektrisch verbunden. Gleichzeitig würde die Achse aber auch einen elektrischen Kontakt zu der elektrisch isolierten Schienenseite herstellen. Wenn diese mit einem Kabel ausgestattet ist, würde ein Gleisbesetztmeldung erzeugt werden.

Es reicht wenn sich eine einzige Achse in diesem Bereich befindet. Der Zug wird zusätzlich auch über die Kupplungen, die oft auch aus Metall sind mit Masse von den Waggons versorgt, so dass die Gefahr eines Stehenbleibens aufgrund von fehlender Kontaktierung der Lok ausbleibt.


Kontaktierung der C-Gleise

Von den 4 Kontakten sind die beiden äußeren Steckkontakte immer für die Schienenstränge, die beiden inneren für den Mittelleiter vorgesehen. Alles ist redundant ausgeführt, um maximale Betriebsicherheit zu gewährleisten. Deswegen habe ich mich unter anderem für Märklin entschieden.


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Abbildung: Steckverbindung zwischen 2 C-Gleisen

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Abbildung: Isolatoren für das C-Gleis

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Abbildung: Isolatoren für das C-Gleis



Anschließen von Fahrspannung an das C-Gleis

Beim Anschein von Fahrspannung wird das rote Kabel immer an den Mittelleiter angeschlossen, das braune Kabel an die beiden Schienenstränge.

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Aufbau eines Streckenabschnitts zur Gleisbesetzmeldung

Angenommen wir möchten einen Streckenabschnitt mit einer Besetztmeldung ausstatten, so müssen wir das Gleis an beiden Enden gleich abändern. Zum einen sollte die Leitung zwischen der linken und rechten Schiene im Bereich des Steckbereichs mit dem anderen Gleis mit einer Zange unterbrochen werden und dann die Seite isolieren, an der man den Kabelschuh anbringen kann. Dasselbe natürlich an der anderen Seite des Gleises.

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Jetzt wird das braune Kabel mit Masse verbunden, sobald sich eine oder mehrere Achsen auf dem betreffenden Gleisabschnitt befinden. Am besten kann dieses Signal dann über einen Optokoppler einen anderen Stromkreis steuern, falls man den Digitalstrom nicht zum Steuern von Signalen oder ähnlichem verwenden möchte.

Projekt Videowaggon

Was gibt es besseres als die Fahrt durch die eigene Anlage aus Sicht des Lokführers. Man sieht alle Details vor und neben der Strecke aus einer bislang ungewohnten Perspektive.

Das geht mittlerweile, weil es so kleine Videokameras gibt, welches sogar Bild und Ton über Funk übertragen. Eine solche habe ich gekauft und einen speziellen Aufbau in einen Güterwaggon gebaut. Dieser kann entweder direkt vor die Lokomotive gespannt werden, oder sogar direkt dahinter. Bei letzterem sieht man sogar auch noch die Lokomotive, da die Kamera leicht erhöht platziert ist.

Videowaggon

Videowaggon

Basis ist ein offener Güterwaggon von Märklin. In diesen wird ein dünnes ausgesägtes Holzstück eingelegt, welches die weitere Aufnahme der Kamera trägt.

Zum Anschrauben wird ein kleiner Stuhlwinkel verwendet. Da die Schrauben länger waren als das Frettchen dick, habe ich einfach ein weiteres Stück Brett untergelegt.

Die Kamera selber ist mit Patex Sofortkleber an den Winkel geklebt worden. Bitte darauf achten, dass diese wirklich horizontal angeklebt wird, ansonsten ist das Videobild nachher schief.

Videowaggon

Die Kamera beinhaltet neben einer Videooptik auch noch ein Mikrofon. Beide Signale werden analog über Funk gesendet und mittels eines Empfängerteils wieder in ein FBAS bzw. S-Video-Signal umgewandelt. Es ist absehbar, dass sich bei der Kameratechnik in Zukunft noch einiges tun wird. Die hier verwendete Kamera hat eine Videoauflösung für den PAL-Standard.


Die Energieversorgung der Kamera erfolgt mittels einer 9V Block-Batterie. Diese findet ebenfalls im Waggon platz.

Im Bereich „Filme“ gibt es ein (älteres) Video mit der ersten Durchfahrt durch die damals teilfertiggestellte Anlage.

Automatische Signalsteuerung für einspurige Strecke

Jetzt kommt ein technisch aufwendiger Teil, der nicht ganz so einfach aufzubauen war. Zunächst die Problemstellung:

Im letzten Ausbauschritt wird die Modelleisenbahnanlage um eine „Unterfahrung der gesamten Anlage“ erweitert; gemeint ist damit eine einspurige Strecke unterhalb der Basisplatte. Die Schienen liegen auf ausgesägten dünnen Holzplatten, diese wiederum wurden über Winkel von unten an die Basisplatte geschraubt. Ziel ist es, die insgesamt 3 Abfahrten nach unten zu verbinden und somit eine Unterführung der Anlage zu realisieren. Außerdem befindet sich im vorderen Anlagenteil ein Schattenbahnhof (ebenfalls im Untergeschoss), da hier teilweise 2 Basisplatten übereinander platziert wurden. Auch dieser Schattenbahnhof soll über die Unterfahrung für Züge zugänglich gemacht werden.

Im Prinzip sieht das Ganze so aus: auf der rechten Seite führen 2 Abfahrten in den Untergrund - einmal vom Güterbahnhof und einmal vom großen Viadukt. Auf der linken Seite gibt es eine Abfahrt, welche von der oberen der neuesten doppelstöckigen Platte zur unteren führt. Dort befindet sich der Schattenbahnhof. Dieser soll als „Parkplatz für längere Züge“ diesen, damit man Züge gleicher Epoche dort abstellen kann.

So, jetzt zur eigentlichen Aufgabe. Da die gesamte Strecke im Untergrund nicht sichtbar ist, möchte ich eine Überwachung der Strecke einbauen, um so ein Einfahren von mehr als einem Zug zu vermeiden. Dazu gibt es an jeder Abfahrt ein Schaltgleis, welches erkennen kann, ob ein Zug ein- oder ausfährt. Auch an der Zufahrt zum Schattenbahnhof hin wird ein Schaltgleis platziert.

Diese 4 Einfahr- bzw. 4 Ausfahrsignale sollen von einer Elektronik ausgewertet werden. Sobald ein Zug in den Untergrund einfährt, sollen zahlreiche Lichthaupt- und Lichtvorsignale geschaltet werden, auch einige mechanisch betätigte Form-Hauptsignale sollen geschaltet werden. Insgesamt soll so über Signalstellung optisch angezeigt werden, dass keine Einfahrt in die Strecke möglich ist. Falls mehrere mechanische Signale geschaltet werden müssen, sollen diese zeitlich nacheinander betätigt werden (damit diese ausreichend mit Strom versorgt werden und sicher schalten). Auch die Lichtvorsignale sollen zeitlich früher als die Licht-Hauptsignale geschaltet werden.

Um diese komplexe Steuerung zu realisieren, habe ich mich intensiv mit der Funktionsweise und Programmierung von Mikrocontrollern beschäftigt. In der Experimentierplatine von myAVR bin ich fündig geworden, und konnte eine Ansteuerung von Leuchtdioden und von Relais (für die mit Wechselstrom betriebenen mechanischen Signale) realisieren. Auch ein weiteres Schmankerl kann ich jetzt mit integrieren: ein zweizeiliges LCD-Display kann Text darstellen. Dort werden zukünftig mehr Informationen angezeigt - beispielsweise ob die Strecke belegt ist und wenn ja, von wo der Zug eingefahren ist.

Über 2 Reed-Kontakte, welche noch innerhalb der Strecke platziert werden, kann eine Gleisbelegt-Meldung erzeugt werden. Auch diese Information soll von der elektronischen Steuerung mittels Mikrocontroller ausgewertet werden.

Falls ihr nicht wisst, was ein Mikrocontroller ist und wie er arbeitet: Es handelt sich dabei um einen Chip, welcher über zahlreiche Ein- und Ausgänge verfügt. Wenn an einem Ausgang eine Diode eine Lichtsignals angeschlossen wird, kann dieses Signal dadurch gesteuert werden. Auch können diese Zugänge wahlweise als Ausgang oder Eingang programmiert werden. Ein Mikrocontroller ist im Prinzip ein kleiner Computer, der allerdings um den Faktor 1000 langsamer arbeitet. Aber diese langsame Ausführung reicht für die Ausführung dieser Aufgaben gänzlich aus. Er kann wahlweise mit Assembler oder C/C++ programmiert werden. Dieser Mikrocontroller befindet sich steckbar auf der Programmierplatine. Sobald er korrekt programmiert wurde, kann dieser aus dem Sockel gehobelt und auf eine komplett neue Platine gesteckt werden. Hierauf werden dann später alle Komponenten gelötet, welche für die Steuerung notwendig sind. Diese Platine kommt in ein Kunststoffgehäuse, welches von unten an die Basisplatte geschraubt wird. Dabei ist dann das LCD-Display sichtbar und informiert über den aktuellen Zustand der Strecke.

Hier dargestellt ist die Entwicklungsplatine: Das Herz ist der Mikro-Controller auf der zweiten Abbildung. Dieser steuert über seine Ein- und Ausgänge sowohl Relais (größere Verbraucher wie die mit Wechselspannung geschalteten Märklin-Formsignale) als auch Dioden (später sind das die reinen Lichtsignale). Zusätzlich gibt es eine LCD-Anzeige, auf der der aktuelle Belegt-Zustand der einspurigen Strecke dargestellt wird.





Mit dieser Übungsplatine wird der Mikro-Controller programmiert und auf seinen späteren Einsatzzweck hintrainiert. Anschließend wird er auf eine komplett neue Platine gesteckt, auf der sich dann nur die Hardwarekomponenten befinden, die für die Streckensteuerung notwendig sind.


1.) Aus der reinen Wechselspannung 2 unterschiedliche Gleichspannungen erzeugen
Als Basis für die Energieversorgung aller beteiligen Komponenten wird ein alter Märklin Wechselspannungs-Trafo eingesetzt. Dieser wird auf die feste „Fahrstufe 150“ eingestellt.




Damit verbunden ist folgendes Ausgangsspannungssignal: Wechselspannung mit 25 Volt Amplitude, Effektivspannung von 17,6 Volt.




Diese Spannung soll über eine Gleichrichter-Schaltung einmal auf +5 Volt (Logikschaltkreise) und parallel auf +15 Volt (Leistungsschaltkreise) gebracht werden. Zur Gleichrichtung wird eine Gleichrichter-Schaltung mit 4 Dioden verwendet (gleicher Aufbau wie beim elektrischen Drehkran).

Bau eines Portals

Mittlerweile umfasst die Anlage eine Breite von 5m und in der Tiefe 4-5m. Bei diesen Ausmaßen ist es schwierig, an alle Stellen der Anlage von außen heranzukommen. Nötig wird dies, um beispielsweise die Schienen zu polieren oder ab und an mal abzusaugen. Aus diesem Grunde habe ich mir aus 2 Leitern und einigen Holzlatten eine Art Portal gebaut.





Dieses Portal kann entlang der Anlage verschoben bzw. gedreht werden, um so an alle Stellen der Anlage von oben zu gelangen. Es ist stabil genug ausgeführt, um eine erwachsene Person auf dem Bauch liegend zu tragen.

Nötig wird es zu diesem Zeitpunkt, um die Abfahrt (auf dem Bild ganz hinten an der Wand gelegen) mit Styropor und Moltofill zu modellieren. Auch müssen noch zahlreiche Signale und Lichtschranken für die Signalsteuerung nachträglich in die Anlage eingebaut werden. Dazu muss der Zugang von oben möglich sein, um tiefe Löcher von der Oberseite der Anlage bis durch die Bodenplatte zu bohren und das Signal optimal in die Landschaft einzubauen.

Aber auch für den Fall, dass ein Waggon oder ein Zug in der Anlagenmitte entgleisen sollte, muss der Zugang gewährleistet bleiben.

Digitale Stromkreiserweiterung

Früher, als es die Ursprungsanlage mit 4 getrennten, analogen Stromkreisen noch gab, war es einfach. Jeder Stromkreis hatte einen eigenen analogen Trafo. Die Übergänge waren elektrisch voneinander getrennt und alle Loks auf einem Stromkreis fuhren gleichzeitig los. Allerdings war die Überfahrt zwischen den Stromkreisen immer mit einem kurzzeitigen Kurzschluss verbunden; es mußte also immer mit Schwung die Trennstelle überfahren werden.

Mit der Umstellung auf Märklin Digital wurde alles anders. Die 4 Stromkreise wurden alle gemeinsam an einen digitalen Trafo gehängt und bildeten einen großen Stromkreis. Das hatte vielerlei Vorteile, hauptsächlich den, dass die Loks einzeln über Nummern gesteuert werden konnten und diese sich frei über alle Stromkreise hinweg ohne Kurzschluss bewegen konnten. Letztendlich gab es auch einen Trafo, der aber nur eine Wechselspannung von 16 Volt zur Verfügung stellt. Dieser versorgt die digitale Zentrale, welche dann die Lok-Steuerbefehle mit auf die Spannung überlagert. Die Loks haben alle jeweils einen Dekoder - einen Mikrochip der die für sie bestimmten Befehle erkennt und an den Motor bzw. die Lokbeleuchtung oder die Telex-Kupplung weiterleitet.

Soweit so gut. Nachdem die Loks Stück für Stück auf das Digital-System umgerüstet wurden, indem ein solcher Dekoder in die Lok eingebaut wurde, konnten immer mehr Loks gleichzeitig fahren und getrennt voneinander gesteuert werden.

Das große Problem entstand mit der doch recht umfangreichen Erweiterung um viele Schienen. Je mehr Schienen von der Zentrale mit dem einen Trafo mit Spannung versorgt werden mußten, um mehr sank die Spannung am Gleis. Das hatte zur Folge, dass ältere auf digital umgebaute Loks, welche noch über die älteren Motoren verfügen und dadurch einen höheren Strombedarf haben, kaum noch schnell fuhren. Teilweise gab es Streckenabschnitte und einzelne Loks, die gar nicht mehr anfahren konnten bzw. spätestens am Berg stehen geblieben sind. Kurz und gut: der eine Trafo war stark überlastet. Zwar merkt man schnell, dass neue Loks über stromsparendere Motoren verfügen (C-Sinus-Motor bzw. mfx-Motor) und diese eher noch losfuhren, aber bei weiterem nicht auf ihre volle Geschwindigkeit kamen.

Es wurde Zeit, den ganzen neuen Streckenabschnitt elektrisch zu isolieren und mit eigenen Stromzuführungen zu versehen. Derlei sind jetzt an 4 Stellen weitere Stromkabel an die Gleise angebracht worden. Zuerst sind diese Stromkreise ohne Spannung und es ist darauf kein Zugbetrieb möglich. Gleichzeitig merkt man den bestehenden 4 Stromkreisen an, dass diese wieder genug Spannung bekommen und alle Loks dort wieder sauber laufen.



Damit auch auf den neuen Streckenabschnitten wieder Bewegung kommt, wurde ein weiterer Trafo von einer Märklin Startpackung eingesetzt. Dieser verfügt über eine Leistung von 60 VA, welches sogar noch etwas mehr ist als der oben auf dem Bild dargestellte 52 VA-Trafo. Dieser zweite Trafo versorgt einen Booster, welcher einerseits mit den neuen Gleisanschlüssen versehen wird, andererseits auch mit einem Flachbandkabel mit der digitalen Zentrale. Denn der Booster nimmt das Signal der Zentraleinheit und verstärkt es über den eigenen, zweiten Trafo und leitet es in die neuen Gleisabschnitte ein. Wie gesagt sind diese vom alten Anlagenteil elektrisch getrennt. Für die Trennung gibt es für das C-Gleis extra Trenner, beim M-Gleis reicht es ein Papier zwischen die Mittelleiter-Gleiskontaktzungen zu legen.

Was soll ich sagen, alles funktioniert prima. Die Loks können wie gehabt über die Zentrale gesteuert werden und können sowohl auf dem alten Gleisbestand über den Trafo 1 fahren, als auch die Trenner überfahren und über den Trafo 2 versorgt auf dem neuen Gleismaterial gesteuert werden. In vielen Internet-Foren wird von manchen empfohlen, zum fehlerfreien Überfahren der Trennstelle zwischen den beiden digitalen Spannungskreisen eine Gleiswippe einzubauen, damit auch kurzfristig kein Kurzschluss entstehen kann. Dies habe ich aber nicht umgesetzt, sondern beim Überfahren der Trennstelle kann es zu einem kurzzeitigem Schleiferkontakt zwischen den beiden Stromkreisen kommen. Hierbei ist aber überhaupt nichts negatives zu bemerken, und auch kein Kurzschluss entsteht. Eine Lok kann sogar direkt auf der Trennstelle stehen bleiben und einwandfrei wieder losfahren. Dies ist möglich, weil alle Komponenten zum Märklin Digital System gehören. Bei Verwendung von Fremdhersteller-Digitalbooster wird diese Gleiswippe nötig, auch beim Einsatz von gemischten Stromkreisen, digital zum einen, analog zum anderen. Hier kann eine Kurzschluss des Analogsignals mit dem Digitalsignal die Zentraleinheit beschädigen. Auch beim neueren Märklin Systems unter Weiterverwendung von Märklin-Digital-Bauteilen wird die Gleiswippe empfohlen.

Da bei mir nur Märklin-Digital zum Einsatz kommt, kann ich auf diese Gleiswippe verzichten. Auch die älteren Loks mit Doppeltraktion fahren so wieder einwandfrei und in voller Leistung auf der ganzen Anlage.

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