Technik

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

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.

Abbildung: Steckverbindung zwischen 2 C-Gleisen

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.

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.

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.

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.

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 teilweise fertiggestellte Anlage.

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.

Märklin-Drehscheibe elektrisch steuern

Das Glanzstück jeder elektrischen Modelleisenbahn ist eine Drehscheibe. Diese war früher dafür zuständig, die Dampflokomotiven platzsparend auf einem Betriebshof „umzuparken“ und zu warten. Ein solches Modell wurde von Märklin ebenfalls in den 60/70-er Jahren angeboten. Eine elektrisch angetriebene Drehscheibe wird auf einem Zahnkranz gedreht und rastet an jedem Anschlussgleis ein, damit die darauf befindliche Lokomotive von der Drehscheibe fahren kann.

Es war mir möglich, bei Ebay ein solches Exemplar zu erwerben und ich möchte es hier vorstellen. Natürlich ist auch die Ansteuerung interessant und es soll ein optimales Bedienkonzept dafür entwickelt werden. Dazu kann es gehören, eine Platine mit Steuerbauteilen zu löten. Wie schon bei der Kransteuerung erfolgreich umgesetzt, könnte auch hier ein Joystick zum Einsatz kommen, alternativ auch ein Drehwahlschalter.

Nimmt man die Drehplattform vom Chassis ab, so offenbart sich die Bestromungslogik der Drehscheibe. Wir man unten sieht, ist die ringförmige Kontaktierungsschiene das wichtigste Element. Dabei wird die Lokomotive auf der Drehbühne immer konstant mit dem Mittelleitersignal gestromt. Bei 6 Gleisanschlüssen, welche für eine Parkposition vorgesehen sind, wird eine Anschlussgleisbestromung nur im Falle des entsprechenden Auffahrt auf die Drehscheibe vorgesehen.

Damit werden diese 6 Parkgleise praktisch stromlos geschaltet und die Lokomotiven sind nicht über das digitale Stellpult erreichbar. Um die Lokomotiven zurück auf die Anlage zu holen, muss dann die Drehscheibe auf diese Gleise eingedreht werden. Dabei wird der entsprechende Punktkontakt mit der Gleismittelleiterbestromung verbunden und die Lokomotive erhält Kontakt zur digitalen Zentrale und kann damit auf die Drehscheibe aufgefahren werden.

Die mechanische Verriegelung über eine Feder sorgt dafür, dass ein Einriegeln in ein Anschlussgleis gleichzeitig das Entriegelungsrelais sorglos schaltet. Ist das Entriegelungsrelais stromlos, so ist auch der Drehmotor stromlos. Damit erklärt sich das für die Ansteuerung relevante Verhalten, dass beim Anlegen einer Gleisspannung an die Klemme für die Drehrichtung keine Reaktion erfolgt. Denn in diesem Fall ist die Bestromung des Drehmomotors über die Verriegelung unterbrochen. Dann kann die Drehbewegung entweder über ein mechanische Betätigung der Entriegelung mittels Taster am Motorgehäuse in Gang gesetzt werden, alternativ muss dass Entriegelungsrelais separat gestromt werden.

Mit diesem geregeltem einstellbaren Netzteil kann eine beliebige Spannung eingestellt und auch der Strom überwacht werden. Ideal um sich an die optimale Ansteuerspannungen für die Drehscheibenmotoren heranzutasten.

Anschließen und Steuern der Drehscheibe

Die Drehscheibe läßt sich beim Anschluss wie unten abgebildet wie eine Weiche steuern. Ein Momentkontakt mittels eines Schalters reicht aus, um die Drehscheibe in Bewegung zu setzen. Damit wird immer bis zum nächsten Gleisanschluss gedreht. Eine Gleichspannung von 14-16 Volt sind dabei ideal. Bei dieser Spannung wird das Schaltrelais zum Entriegeln des Gleisanschluss-Bolzen sicher geschalten.

Wer die Drehscheibe über mehrere Gleisanschlüsse hinweg drehen lassen möchte, ohne immer den Taster betätigen zu müssen, kann zusätzlich an den schwarzen Mittelanschluss eine Spannung geben (siehe Abb.). Die beiden grünen Stecker haben dasselbe Spannungsniveau, der gelbe Stecker ist Masse. Bei dieser Anschlussart wird die Drehbewegung über einen Taster in Gang gesetzt und erst wieder gestoppt, sobald der schwarze Anschluss der Drehscheibe spannungsfrei geschalten wird und die Drehscheibe an einem Gleisanschluss einrastet.

Zusammengefasst könnte eine Ansteuerung der Drehscheibe über einen Momentkontakt beispielsweise wie ein Weichenstellpult erfolgen, jede nach Schalter wird die entsprechende Drehrichtung geschaltet. Dieser Momentstrom direkt auf die Entriegelung geschaltet werden (mit vorgeschalteter Diode zur Gleichrichtung der Spannung), würde also die Verrieglung lösen. Zusätzlich würde abhängig von der Drehrichtung jeweils ein monostabiles Relais schalten, welches sich beim Schalten selber mit Dauerstrom versorgt. Über eine Zeitschaltung müßte der Dauerstrom dann wieder kurzzeitig unterbrochen werden, um das Relais wieder in den Ausgangszustand zu versetzen. Die Zeitschaltung sollte ausreichend Zeit lassen, um an mehreren Anschlussgleisen vorbei zu drehen.

Beispielsweise würden 30s ausreichen. Die Drehmotoren werden ja nicht so lange komplett geströmt, sondern es liegt nur die Spannung an den Anschlüssen an, die Motoren sind durch die Verriegelung nicht kontaktiert. Damit nicht der Zustand der Doppelbestromung beider Drehrichtungsmotoren vorkommen kann, würde ein weiteres, bistabiles Relais für die Drehrichtungsschaltung mit über den Taster geschaltet.

Im Bereich „Filme“ gibt es zwei Videos zur Drehscheibe.

Märklin-Drehkran mit Joystick steuern

Der Märklin-Kran ist ein tolles Gerät. Er kann über 2 Motoren jeweils gedreht und der Kranhaken gehoben und gesenkt werden. Außerdem kann ein Elektromagnet an den Kranhaken gehängt werden, mit welchem magnetische Lasten angehoben werden können. Damit die Kransteuerung wie bei einem echten Kranführerstand mit einem Joystick erfolgen kann, wurden 2 Joysticks für die beiden Kräne umgebaut und eine elektrische Schaltung aufgebaut und gelötet.

Mit dem Elektromagnet kann Ladegut mit einer magnetischen Oberfläche wie Schrauben oder Bleche angehoben und umgeladen werden. Diese Kräne werden später im Bereich des großen Güterbahnhofs aufgestellt werden, um Güterzüge zu beladen bzw. umzuladen.

Diese beiden Joysticks aus alten ATARI-Computer Tagen (Bezeichnung „Competition Pro“ ) können wieder zum Leben erweckt werden. Denn diese Joysticks arbeiten mit kleinen Mikroschaltern, die bei Bewegung des Steuerknüppels in eine Richtung einen elektrischen Kontakt schließen können. Diese können mit geeigneter Schaltung dazu verwendet werden, um unseren Kran zu steuern.

Der blaue Joystick wurde erst kürzlich nachgekauft und verfügte ursprünglich über einen USB-Anschluss. Dieses Kabel wurde komplett gegen ein neues getauscht, wodurch die elektrischen Anschlüsse der Mikroschalter direkt aus dem Kabel geführt wurden. Die beiden kleineren, zusätzlichen Druckknöpfe sind derzeit ohne Funktion, wurden aber ebenfalls herausgeführt. Damit stehen nachträglich weitere Steuermöglichkeiten bereit, die derzeit im Kran nicht eingebaut sind. Langfristig wäre hier aber ein Verfahren der gesamten Kranapparatur auf einem Schienensystem mittels einem zusätzlichen Elektromotor möglich.

Diese elektrische Schaltung ist doppelt ausgeführt; für jeden Kran wird ein Gleichrichter, ein Relais und ein Joystick verwendet. Die Bauteile können im Elektronik-Fachhandel bezogen werden, in diesem Falle von Conrad Elektronik in Stuttgart.

Die vom Trafo ankommende Wechselspannung wird über jeweils 4 Dioden gleichgerichtet. Zwar wird für die Ansteuerung der Allstrommotoren weiterhin die ungefilterte Wechselspannung eingesetzt, also für das Drehen nach rechts/links und den Heben/Senken. Auch der Hebemagnet funktioniert mit Wechselspannung. Die Gleichspannung wird für die Steuerungslogik verwendet. Denn die Schaltung ist so aufgebaut, dass die Betätigung eines oder beider Feuerknöpfe den Hebemagnet anschaltet und auch anläßt. Erst wenn einer der Knöpfe erneut gedrückt wird, wird der Hebemagnet wieder abgeschaltet.

Der Amplitude der Wechselspannung kann am Trafo stufenlos eingestellt werden. Damit kann sowohl die Verfahrgeschwindigkeit der Kranbewegungen als auch die Hebekraft eingestellt werden.

Unsere Kransteuerung wird mit dem Masseanschluss und dem Ausgang, der eigentlich für die Lokomotivsteuerung vorgesehen ist, angeschlossen.

Alles ist fertig und betriebsbereit. Die Platine wird noch in ein Gehäuse geschraubt, und dieses kann dann von unten an die Modellbahnanlage geschraubt werden. Der Deckel ist abnehmbar und somit jederzeit bei Störungen von unten her zugänglich. Die Kräne können somit auch von Kindern intuitiv gesteuert und bespielt werden.