Elektronik

Die Gleichstrom-Clubanlage wird analog mit einer Blocksteuerung betrieben. Die Schaltpläne und Layouts der Platinen stehen mit einer Anleitung zum Download zur Verfügung.

Konzept

Die Blocksteuerung ist modular aus der 8fach Gleisbesetztmeldung GBM-E und dem 2fach Blockstreckenfahrregler BSFR-E aufgebaut. Sie besteht aus Europakarten (100 x 160 mm), die in 19 Zoll-Racks eingeschoben werden. Weil große Teile der Clubanlage nur in einer Richtung befahren werden, sind die Schaltungen nur für den Einrichtungsbetrieb vorgesehen, weil der Bauteileaufwand dafür geringer ist. Es gibt allerdings auch Zweirichtungsvarianten der Karten für Bahnöfe und eingleisige Strecken.

Die Züge bremsen vor Signalen gegebenenfalls langsam ab, wenn der nachfolgende Blockabschnitt besetzt ist, und halten schließlich punktgenau vor dem Signal. Sie fahren ebenso vorbildgetreu langsam wieder an. Auch geschobene Wendezüge oder Triebwagen lassen sich mit der Steuerung betreiben, ohne daß ein Fahrzeugumbau auf vordere Stromabnahme notwendig ist. Ein Block ist dazu in drei oder vier einzelne Besetztmeldeabschnitte eingeteilt:

1. Streckenabschnitt
2. optionaler Meßabschnitt (ca. 0,2 m)
3. Bremsabschnitt (ca. 2 m)
4. Haltabschnitt (ca. 1 m )

Besetztmeldeabschnitte eines Blocks

Jeweils eine Gleisbesetztmeldung GBM-E überwacht einen Abschnitt. Die Informationen von den Besetztmeldern verarbeitet die Blockstreckensteuerung. Wenn der nachfolgende Block frei ist, braucht die Steuerung nichts zu tun. Bei besetztem Nachfolgeblock beginnt die Blocksteuerung mit dem Bremsvorgang, sobald ein Zug den Bremsabschnitt erreicht. Daraufhin bremst der Zug bis auf eine Schleichgeschwindigkeit ab, mit der der Zug bis zum Haltabschnitt vorzieht. Wenn der Haltabschnitt besetzt meldet, schaltet die Steuerung die Spannung im gesamten Block ab. Nachdem der Nachfolgeblock geräumt ist, fährt der Zug langsam wieder an und erreicht den Nachfolgeblock. Der Nachfolgeblock übernimmt nun bei einem Zug mit vorderer Stromaufnahme die Versorgung. Damit es keinen Geschwindigkeitssprung gibt, mißt der Nachfolgeblock die Schienenspannung von seinem Vorblock und erhöht diese Spannung langsam bis auf die Streckengeschwindigkeit. Wenn es sich um einen geschobenen Zug handelt, beschleunigt der Blockstreckenregler noch so lange, bis der Zug den Haltabschnitt verlassen hat.

Um die verschiedenen Höchstgeschwindigkeiten und Motorcharakteristiken einigermaßen auszugleichen, kann die Blocksteuerung die Geschwindigkeit der Züge messen, bevor sie mit der Bremsung beginnt. Aus der Geschwindigkeit bestimmt sie die notwendige Bremsverzögerung. Dadurch erreicht man ein sehr vorbildgetreues Abbremsen der Züge vor den Signalen, weil die komplette Länge des Bremsabschnitts unabhängig von der Zuggeschwindigkeit stets voll ausgenutzt wird. Diese Geschwindigkeitsmessung wird auf der Clubanlage nur auf den sichtbaren Abschnitten vorgenommen.

Gleisbesetztmeldung

Die Gleisbesetztmeldung basiert auf einer Spannungsmessung. Dabei wird hochohmig eine Spannung von 24 V in den Block eingespeist. Wenn der Abschnitt besetzt ist, bricht diese Meßspannung aufgrund des mit dem Lastwiderstand (Lokmotor, Beleuchtung, Leitachse) gebildeten Spannungsteilers bis auf die angelegte Fahrspannung zusammen. Ein einfacher Operationsverstärker als Schmitt-Trigger reicht somit zur Auswertung aus. Das Freiwerden eines Abschnitts verzögert ein RC-Glied, damit kurze Kontaktunterbrechungen nicht zu Problemen führen. Leistungsdioden entkoppeln die Besetztmeldeabschnitte voneinander. An die Open-Collector-Ausgänge der Platine können andere Elektronikmodule (z. B. der Blockstreckenfahrregler) und LEDs für die Anzeige angeschlossen werden. Auf einer Platine sind 8 Gleisbesetztmelder untergebracht.

8fach Besetztmelder GBM-E für Einrichtungsbetrieb

In der Zweirichtungsvariante der Besetztmeldung mißt ein Differenzverstärker den durch den Stromfluß hervorgerufenen Spannungsabfall an einem Widerstand bzw. antiparallelen Diodenpaar. Die verstärkte Differenzspannung wird gleichgerichtet und mit einem Schmitt-Trigger ausgewertet. Die 8fach-Karte GBM-Z ist bis auf die Versorgungsspannung pinkompatibel zur GBM-E. Man erkennt deutlich, daß die Zweirichtungsvariante erheblich aufwendiger als die Einrichtungsvariante ist.

8fach Besetztmelder GBM-Z für Zweirichtungsbetrieb

Alle Fahrzeuge (Loks und Wagen) müssen entweder Verbraucher wie Motoren oder Beleuchtung enthalten oder mit Leitachsen versehen sein. Die Leitachsen können mit Graphitlack oder an den Achsen festgelöteten Widerständen hergestellt werden.

Blockstreckenfahrregler

Der Blockstreckenfahrregler enthält die komplette Logik für eine Blockstreckensteuerung sowie einen Leistungsteil mit Strombegrenzung zum Anschluß an die Gleise. Der Ausgangsstrom beträgt zwischen 1 A und 2 A je nach Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung ist eine reine Gleichspannung, um auch Glockenankermotoren von Faulhaber problemlos betreiben zu können. Die Blocklogik und Geschwindigkeitsgenerierung übernimmt ein PIC-Microcontroller 16F872. Ein Blockabschnitt verfügt über 7 digitale Eingänge (für Besetztmeldeeingänge und Betriebsartwahl), 2 analoge Eingänge (Streckengeschwindigkeit und Geschwindigkeit vom Vorblock), 2 digitale Ausgänge (Besetztmeldeausgang zum Vorblock und Signalausgang) sowie einen Leistungsausgang. Je nach äußerer Beschaltung kann ein Blockstreckenfahrregler auch als einfacher Fahrregler ohne Blockfunktion oder für eine automatische Geschwindigkeitsreduzierung in Langsamfahrabschnitten (etwa Weichenstraßen) eingesetzt werden. Auf einer Platine sind 2 Blockstreckenfahrregler untergebracht, die sich den PIC teilen.

2fach Blockstreckenfahrregler BSFR-E

Auf den Blockstreckenfahrreglern lassen sich zahlreiche Werte (Anfahrbeschleunigung und Bremsverzögerung, Minimal- und Maximalspannungen, Schleich- und Langsamfahrgeschwindigkeiten) einstellen. Eine separate, nur während der Einstellvorgänge benötigte Parametrierplatine dient zur Anzeige und Eingabe der Werte, die ein EEPROM auf dem PIC dauerhaft speichert. Ein Flachbandkabel mit Pfostenstecker verbindet diese Zusatzplatine währenddessen mit der Blockstreckenfahrreglerkarte.

Für Softwareupdates ist der PIC im eingebauten Zustand programmierbar. Der PIC-Prommer stammt von www.jdm.homepage.dk/newpic3.htm und wurde in Details angepaßt (Steckerbelegung zum PC und zum PIC). Die Programmierung geschieht mit IC-Prog, das für Windows kostenlos zur Verfügung steht.

Fahrregler mit Parametrierplatine

Fahrregler mit Prommer

Download

Die Dokumentation, Schaltpläne, Layouts und Controllersoftware der beschriebenen Elektronikkarten stehen zum Download zur Verfügung. Die Unterlagen richten sich an Modellbahner mit guten Elektronikkenntnissen. Die Schaltpläne und (einseitigen) Layouts sind mit EAGLE 4.0 (Professional, Non-Profit) erstellt. Zum Anschauen oder Ausdrucken ist EAGLE in der Freeware-Version ausreichend, die unter www.cadsoft.de für Windows, Linux und Mac heruntergeladen werden kann. Die Dokumentation liegt im PDF-Format vor, für das der Acrobat-Reader benötigt wird.

Die Informationen werden kostenlos zur Verfügung gestellt. Der MEC Krefeld bittet Anwender dieser Elektronik jedoch, die Arbeiten an unserer Clubanlage durch eine freiwillige Spende zu unterstützen. Bitte setzen Sie sich dazu mit uns per EMail in Verbindung. Alle Rechte an Texten und Bildern (inklusive Schaltbilder und Layouts) sowie der Mikrocontrollersoftware liegen beim Autor. Eine Veröffentlichung dieser Unterlagen (auch in veränderter Form) ist nicht zulässig. Der Nachbau der Schaltungen ist ausschließlich für private Zwecke erlaubt. Bitte beachten Sie auch den Haftungsauschluß.

• Readme zum ZIP-File mit Änderungsübersicht
• ZIP-File (ca. 1,2 MB) mit Schaltplänen, Layouts, Controllersoftware und Dokumentation