Elektrik

Elektrik



Die Elektrik

Der Bahnhof Kleinbrüchter sollte zunächst mit Analogtechnik ausgerüstet sein. Der Grund hierfür war, dass die Mitglieder der AG Vorbild & Modell Zugleitbetrieb mit analogen Fahrzeugen machten.

Analoger Zugleitbetrieb

Beim analogen Zugleitbetrieb ist die Betriebstelle immer besetzt. Hier sitzt der Fahrdienstleiter (Fdl), der Zugmeldungen annimmt und die Weichenstraßen steuert. Gleichzeitig fährt er die Züge in den Bahnhof und erledigt eventuelle Rangierarbeiten. Nach entsprechender "Behandlung" meldet er den Zug weiter. Beim analogen Betrieb müssen die Betriebsstellen die Möglichkeit haben, Gleisabschnitte stromlos zu schalten. Nur so ist es möglich, Zugkreuzungen oder Rangierarbeiten, z.B. mit stationseigener Rangierlok, durchzuführen. Weiterhin muss es möglich sein, dass der Fdl den abfahrbereiten Zug an den Regler des benachbarten Bahnhofes (Fremdregler) übergeben kann. Wenn dann noch die gleichzeitige Einfahrt mit dem bahnhofseigenen Regler (Eigenregler) möglich ist, hat man viele Möglichkeiten auf den teils sehr komplexen Betrieb zu reagieren.

Elektrik für den Analogbetrieb

Der Bahnhof Kleinbrüchter hat vier Gleise: Durchfahrgleis (2), Umfahrungsgleis (3), Ladegleis (1), Rampengleis (4). Die Gleisnummern habe ich frei gewählt. Jedes Gleis soll elektrisch abschaltbar sein und aus jedem Gleis soll die Ein- bzw. Ausfahrt per Eigenregler oder per Fremdregler möglich sein. Zusätzlich soll die Möglichkeit bestehen, mit einem weiteren Eigenregler zu fahren. Dies ermöglicht beispielsweise während der Annahme eines Zuges auf den Eigenregler 1 restliche Rangierarbeiten mit dem Eigenregler 2 zu erledigen bis der Zug im Bahnhof eintrifft.
Das Schaltpult bzw. die Bedienelemente sollen nach Möglichkeit selbsterklärend sein, sodass sich auch ein Mitspieler, der mit der Betriebstelle nicht vertraut ist, ohne Mühe zurecht findet.

schaltpult_analog

Schaltpult für den analogen Betrieb

Die schwarzen Ringe sind Platzhalter für die Weichenschalter. Dies sind zweipolige EIN-EIN-Kippschalter. Durch Kippen in die jeweilige Richtung wird die Weiche in diese Richtung bewegt.
Die roten Ringe sind Platzhalter für die Gleisschalter. Dies sind zweipolige EIN-AUS-EIN-Kippschalter. In der Stellung "AUS" sind die Gleisabschnitte stromlos. Kippt man den Schalter nach "unten", ist der Eigenregler 1 auf dieses Gleis aufgeschaltet. Kippt man den Schalter nach "oben", ist entweder der Eigenregler 2 oder der Fremdregler von links oder der Fremdregler von rechts auf dieses Gleis aufgeschaltet.
Die Auswahl ob der Eigenregler 2 oder einer der Fremdregler aufgeschaltet ist, wird durch den Kippschalter (EIN-EIN) auf dem gelben Ring getroffen. Nach "oben ist der zweite Eigenregler aktiv, nach "unten" ist der Fremdregler aktiv. Zuletzt hat man mit den Kippschalter auf dem blauen Ring noch die Möglichkeit sich zwischen dem linken und dem rechten Fremdregler zu entscheiden.
Die Kreise mit den Nummern 1 bzw. 2 symbolisieren die Regler. Die Schnittstelle der Regler zum Modul ist genormt. Es sind 5-polige DIN-Buchsen, die 16 V Wechselspannung in den Regler übertragen und die geregelte Gleisspannung zum Gleis zurückführen.

Ich kann nur jedem raten, der eine komplexere Elektrik entwirft, sich einen Schaltplan zu zeichnen. Ich habe auch die Kabelfarben eingezeichnet. Hat man keine passende Software zur Hand, kann man sich prima mit MS Powerpoint behelfen.Spätestens im Falle eins Fehlers wird man den ungeliebten Mehraufwand zu schätzen wissen, wenn zu allem Überfluss noch fünf Mann drumherum stehen und "kluge" Kommentare abgeben und die Zeit drängt, weil der Fahrplan weitergehen soll.

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Schaltplan für den analogen Betrieb

Der Bahnhof besteht, wie schon im Abschnitt "Modulkasten" erwähnt, aus zwei Teilen. Diese müssen elektrisch miteinander verbunden werden. Hier sind allein schon 21 Pole erforderlich. Die Verbindung zum Stellpult wächst auf 34 Pole an. Die Frage war nun, wie man die Energie mit robusten Steckverbindungen über so viele Pole übertragen kann. Nach langen Überlegungen entschied ich mich für Scartverbindungen. Die Scartkabel sind überall verfügbar. Wenn man auf dem Treffen ein Kabel vergisst oder eines defekt ist, kann man es in jedem Rundfunkladen und Baumarkt auf die Schnelle nachkaufen. Außerdem ist das Kabel und die Buchsen relativ günstig. Jedes Kabel kann 21 Pole übertragen. Damit konnte ich ein Verbindungskabel für die Übertragung zwischen den Segmenten und zwei Kabel zum Stellpult verwenden. Weiterhin konnte ich die insgesamt 34 Pole am Stellpult mit 21 Polen für Gleise und 13 Polen für Weichen sinnvoll bündeln.
Die Scart-Verbindungen haben zwei Jahre brav ihren Dienst versehen, bis ich aus Versehen die Buchsen vertauscht hatte und durch einen Kurzschluss ein Kabel im Mitleidenschaft geriet. Mit dem Nachkauf fing der Ärger an!
Während die zuerst gekauften Kabel offensichtlich noch gut verarbeitet waren, fielen die später gekaufen Kabel durch ständige Ausfälle auf.

Im Schaltplan kann man die Funktion der sogenannten Blindleitung nachvollziehen. Diese dient der Einspeisung des Fahrstroms aus dem Fremdregler. Zur besseren Verdeutlichung habe ich hier noch eine Grafik eingefügt, die das Kreuzen der Blindleitung des einen Moduls mit der Fahrstromleitung des anderen Moduls näher verdeutlicht.

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elektrische Verbindung zwischen Betriebsstellen und Streckenmodulen

Natürlich müssen auch Streckenmodule mit je zwei Fahrstromleitungen und je zwei Blindleitungen ausgestattet sein. Die Fahrstromleitungen sind mit roten Steckern ausgerüstet. Wobei das Kabelende, welches in Fahrtrichtung mit der rechten Schiene verbunden ist, in einem Stecker endet und das andere Ende in einer Buchse. Die Leitungen für die Blindleitung haben einen blauen Stecker bzw. blaue Buchse. Die Blindleitung ist nicht mit den Schienen verbunden.

Aus dem Schaltplan ist schon der immense Nachteil des Analogbetriebs ersichtlich. Der Aufwand, der bei der Verdrahtung und den Schaltern betrieben werden muss, grenzt bei größeren Bahnhöfen schon an eine Materialschlacht. Zwar hatte ich bisher keine größeren Ausfälle aber das Fehler-Potential ist nicht gerade gering.

Der Umbau auf Digitalbetrieb

Ein Modul auf dem Analogbetrieb funktioniert, gestattet natürlich auch den Digitalbetrieb. Zum Rückbau der Analogverkabelung bzw. dem Umbau des Bahnhofes habe ich mich trotzdem aus mehreren Gründen entschlossen, die mich allein wohl nicht zu diesem Schritt bewogen hätten. Immerhin hatte ich erheblich viel, sowohl an Material als auch an Entwicklungsarbeit, hineingesteckt..

Erstens: Der Ärger mit der Scartverbindung war inzwischen größer geworden. Eine adäquate Verbindung mit so vielen Polen wäre zu teuer und zu aufwändig geworden. Zweitens: Die sehr positiven Erfahrungen mit den Servoantrieben (siehe "Gleissystem") entwickelten den Wunsch auch Kleinbrüchter damit auszurüsten. Außerdem kann ich den Bahnhof auch über einen Computer ansteuern, wenn ich im "Einmannbetrieb" in meinem Eisenbahnkeller fahre. Drittens: Der Wunsch nach Fernsteuerung macht auch eine Ausstattung mit Gleisbesetztmeldern notwendig, die sich wohl wiederum nicht gut mit dem Hin- und Herschalten der Fremd- und Eigenregler vertragen. Viertens: Auf dem Stellpult hatte ich nicht mehr den benötigten Platz der für eine "Fahrstraßenausleuchtung" mit LEDs notwendig war.

Fahrstraßenausleuchtung

Die "Fahrstraßenausleuchtung" ist notwendig geworden, weil es unter stressigen Betriebssituationen hin und wieder zu Fehlstellung der Weichen kam. Durch eine Ausleuchtung der eingestellten Weichen und Fahrstraßen in verschiedene Farben (rot / gelb / grün), erhoffe ich mir diese Fehlbedienungen zu vermeiden. Zwar waren die Positionen der Weichen-Kippschalter schon so gewählt, dass durch die Position des "Hebels" eine eindeutige Erkennung der Weichenstellung gewährleistet werden sollte. Jedoch gerade wenn eine Durchfahrt o.ä. gestellt werden sollte, war die Erfassung der Weichenstellungen durch einen schnellen Blick nicht möglich. Jeder Schalter der in Fahrweg befindlichen Weichen musste einzeln auf korrekte Stellung kontrolliert werden. Gerade bei Betriebssituationen, bei denen mehrere Aufgaben erledigt werden mussten, war das nicht immer erfolgt. Denn man ist ja Lokführer, Stellwerker und Fahrdienstleiter in einer Person.

Wenn der Bahnhof durchgängig auf dem Durchfahrgleis, dem Überholungsgleis oder dem Ladegleis durchfahren werden kann, soll der Fahrweg grün ausgeleuchtet werden. Steht eine Weiche falsch, leuchtet der Fahrweg bis zur falsch gestellten Weiche gelb. Die falsch gestellte Weiche selbst dagegen leuchtet rot. Angeleht an das Signalsystem der Bahn, bedeutet grün "freie Fahrt", gelb "eingeschränkte Fahrt" und rot "keine Fahrt". Man kann also nur mit kurzem Hinschauen erkennen, ob die Durchfahrt uneingeschränkt möglich ist. Und wenn nicht welche Weiche falsch liegt.

Zunächst habe ich mir überlegt welche Fahrmöglichkeiten ich habe (Grünausleuchtung). Dann habe ich jede einzelne Möglichkeit der Weichenstellung ermittelt. Zu jeder dieser Möglichkeiten habe ich dann die LED-Farben definiert. In einer Tabelle habe ich für jede LED die Farbe eingetragen, die bei einer bestimmten Schalterstellung erzeugt werden soll.
Das Ergebnis sieht man hier (ein Klick auf das Bild, öffnet es zum Vergrößern als PDF-Datei):

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Weichenstellung, LED-Farben und Logiktabelle

Bsp.1: "Fahrstraße 2: alle Weichen sind für die Durchfahrt durch Gleis 2 korrekt gestellt. Die roten LEDs signalisieren dem Fdl für ein Fahrzeug, dass aus den anderen Gleisen ausfahren will, dass die Weiche für das Vorhaben nicht richtig liegt. Spätestens bei "rot" ist die Weiterfahrt nicht möglich.
Bsp. 2: "Fahrstraße 3l/1r: Ein von links kommendes Fahrzeug hat die Einfahrt bis zur Weiche 4, die mit Schalterstellung 2 auf "geradeaus" steht. Also aus Sicht des Vohabens "falsch". Da eine Durchfahrt nicht möglich ist, ist die Fahrstraße gelb ausgeleuchtet.

Im zweiten Schritt habe ich für jede LED die Logikbausteine definiert, die für die elektrische Erzeugung der Farbe notwendig sind. Ich benutze Duo-LED mit gemeinsamer Anode. Damit brauche ich die Polung zur Erzeugung der Farben "rot" und "grün" nicht zu drehen. Außerdem ist durch Ansteuerung beider Kathoden die Erzeugung der Farbe "gelb" möglich. Zugegeben: die Fabe ist eher ein orange, aber deutlich von "rot" und "grün" zu unterscheiden.

(ein Klick auf das Bild, öffnet es zum Vergrößern als PDF-Datei)

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Logiktabelle und Logikbausteine für Farbansteuerung

Viele der LED-Ansteuerungen ließen sich zu einer Ansteuerung zusammenfassen. Elektrisch werden sie dann nur noch durch eine Diodenmatrix getrennt. Das Ganze dann noch verdrahten und eine entsprechende Energiequelle eingebaut und FERTIG!

Im Betrieb hat sich sich die neue Ausleuchtung schon bewährt. Die Schalterstellungen sind gut ablesbar, die Schaltung funktioniert sicher. So sieht das neue Schaltpult aus:

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Schaltpult mit Weichenstraßenausleuchtung ohne Schalterwirrwar der Analog-Schaltung


Steckverbindung

Wie weiter oben schon erwähnt, war die Lösung mit den Scart-Verbindungen nicht erfolgreich. Von einem Modellbahnkollegen habe ich 18-polige Steckverbindungen aus dem Automotive-Bereich bekommen. Diese Steckverbindungen sind für professionellen Einsatz gedacht und nach Sammelbestellungen auch relativ günstig. Für den Bahnhof "Sonneberg" habe ich die Verbinder erfolgreich getestet. Auch ein Modellbahnkollege hat diese seit Jahren erfolgreich im Einsatz.

steckverbindung

18-polige Steckverbindung aus dem Automotive-Bereich



Gleisbesetztmeldung

Ebenfalls seit guten Erfahrungen im Bahnhof "Sonneberg" habe ich die Gleisbesetztmeldungs-Bausteine von Uhlenbrock im Einsatz. Die Bausteine sind nicht gerade günstig. Aber ich schätze die Vorteile der Professionalität und der einfachen Einbindung in das DCC-System mittels Loconet-Kabeln.

Rückmeldemodul von Uhlenbrock Art.-Nr: 63340

Rückmeldemodul von Uhlenbrock Art.-Nr: 63340 und Platine für Servoantriebe von MB-Tronik mit Servo



Ein Baustein mit je acht Überwachungsabschnitten reichte für Kleinbrüchter nicht aus. Also habe ich die 16 Abschnitte aus zwei Bausteinen entsprechend sinnvoll aufgeteilt.

GBM-Abschnitte

Gleisbesetztmeldeabschnitte in Kleinbrüchter



Kleinbrüchter ferngesteuert

Screenshot von Kleinbrüchter ferngesteuert per PC vom Stellwerk "Sonneberg"





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© Michael Köhler 2017