Modellbahn-Elektrotechnik

Praxis: Schaltungen für den Fahrbetrieb

Gerade bei der Regelung des Fahrbetriebs kann uns die Elektronik lästige Handarbeit abnehmen. Zudem sollten wir es wie beim Vorbild auch auf der Modellbahn mit der Sicherheit ernst nehmen. Wenn uns dabei ein paar kleine elektronische Helferlein unterstützen, erspart das Frust.

Fahrtrichtung erkennen

Für manche vom Zug auszulösende Funktionen ist es auf eingleisigen Strecken wichtig, dass automatisch die Fahrtrichtung erkannt wird.

Beim 2S-2L-System ist das einfach, denn hier definiert die Gleispolung die Fahrtrichtung. Vom Zug per Schienenkontakt ausgelöste Impulse sind also entweder positiv oder negativ. Eine direkt hinter den Gleiskontakt geschaltete Diode sorgt dafür, dass nur die gewünschte Fahrtrichtung Impulse beim Überfahren sendet; im Bild rechts also bei Fahrtrichtung von links nach rechts.

SRK, Lichtschranke und Schaltwippe sind nicht fahrtrichtungsabhängig, es sei denn wir treffen dafür Vorsorge.

Wenn Sie Ihre Modellbahn mit einer Stromversorgung mit zwei Ausgangsspannungen betreiben, haben Sie für die elektronische Fahrtrichtungsauswertung einen wesentlichen Vorteil: Das Potential an der linken Schiene ist dasselbe wie das der Elektronik. Nur das positive Potential unterscheidet sich, für die Elektronik geregelt, für Fahrspannung und Magnetartikel ungeglättet und ungeregelt. Deshalb kann von der linken Schiene ein konstantes Potential, auf das Pluspotential der Elektronik bezogen, abgegriffen werden.

Fahrtrichtung potentialfrei erkennen mit Monoflops nach dem »Müller-Prinzip«

Um aus einem potentialfrei vom Zug abgegebenen Signal die Fahrtrichtung zu ermitteln, müssen wir zwei Schalter hintereinander anordnen und die Schaltreihenfolge auswerten.

Mit zwei Monoflops lässt sich feststellen, welcher Schalter zuerst überfahren wurde.

Die Schaltung besteht aus zwei identischen Stufen. Das jeweils zuerst gesetzte Monoflop unterbricht die Minus-Verbindung des anderen Schalters, so dass jener nicht ansprechen kann, wenn er anschließend betätigt wird. Auf diese Weise können zwei unterschiedliche, von der Fahrtrichtung abhängige Funktionen ausgelöst werden.

Die Schaltung wirkt auf den ersten Blick aufwändig, doch der Aufbau auf einem Stückchen Standardplatine lässt sich leicht bewerkstelligen.

Im Beispiel wurden SRK eingezeichnet, es können aber ebenso Schaltschwellen oder andere potentialfreie Schalter zum Einsatz kommen.

Die Kapazität der beiden Kondensatoren und die Widerstände bestimmen die Verweilzeit nach der Faustformel
t = 0,7 × C1/2 × R1/2 sec. Bemessen Sie diese Verweilzeit so, dass sie noch nicht verstrichen ist, wenn der zweite Schalter überfahren wird. Sollten Sie anstelle der im Beispiel verwendeten SRK Kontaktschwellen oder Lichtschranken verwenden, wird die Verweilzeit bei jeder erneuten Betätigung des Schalters neu gestartet.

Bei Werten von 150 kΩ für R1 und R2 sowie 10 µF für C1 und C2 beträgt die Sperrzeit für den zweiten Schalter ca. 1 sec.

Gleisabschnitte separieren

Die Aufteilung einer Modellbahnanlage in elektrische Abschnitte ist die Grundlage für freizügigen Mehrzugbetrieb ohne Digitaleinsatz.

Die Z‑Schaltung

Mit der Aufteilung in Abschnitte sind Sie in der Lage, Züge unabhängig voneinander fahren zu lassen. Allerdings mit einer Einschränkung: Jedes Triebfahrzeug benötigt seine eigenen für ihn reservierten und seiner Fahrspannung zugeordneten Gleisabschnitte, seine Fahrstraße. Es wäre natürlich langweilig, wenn sich diese Zuordnung von Gleisabschnitten zu Zügen nicht verändern ließe – so etwas ist nur bei Messe- und Schaufensteranlagen hinzunehmen.

Die Gleisabschnitte werden bestimmten Fahrspannungsversorgern zugeordnet, daher der Name »Zuordnungsschaltung« oder kurz Z‑Schaltung.

Die simplen elektrischen Instrumente dafür sind Mehrphasenschalter, mit denen ein Eingang jeweils einem von mehreren Ausgängen zugeordnet werden kann. Oder umgekehrt wird aus mehreren Eingängen einer ausgewählt, der zum Ausgang durchgeschaltet wird.

Mehrphasenschalter sind meist Drehschalter, jede einrastende Schalterstellung verbindet eine andere Phase mit dem beweglichen Kontakt.

Wird eine Nullstellung benötigt, lassen Sie einfach einen der Phasenanschlüsse unbestückt.

Meist ist es mit der Wahl zwischen mehreren Phasen für einen Anschluss nicht getan, deshalb gibt es Mehrphasenschalter zu zweien, dreien oder mehr gekoppelt. Damit können Sie beide Schienen und auch noch die Oberleitung eines Gleisabschnitts mit einem Dreh anders zuordnen.

Weit eleganter lässt sich eine Z‑Schaltung natürlich mittels von Drucktastern im Gleisbildstellpult per Diodenmatrix gesteuerten bistabilen Relais realisieren.

Es ist wichtig, dass Sie sich bereits bei der Planung einer größeren Anlage von Beginn an Gedanken darüber machen, wo die Trennstellen von elektrischen Gleisabschnitten liegen. Trennstellen nachzurüsten, ist immer mit erheblichem Mehraufwand verbunden. Sehen Sie besser ein paar Trennstellen zu viel vor; überflüssige Trennstellen lassen sich leichter überbrücken als fehlende einfügen.

Gleise isolieren

Nichts ist einfacher, als ein Gleisstück von der Betriebsspannung zu trennen; die Gleishersteller haben durchweg so genannte Isolierverbinder im Angebot, mit deren Hilfe die Schienen zwar mechanisch, aber nicht elektrisch verbunden werden.

Im einfachsten Fall sehen Isolierverbinder aus wie die normalen, metallenen Verbinder, nur dass sie eben aus Plastik sind und noch einen dünnen Trennsteg in der Mitte besitzen. Andere sind exakt auf das Gleissystem abgestimmte spezielle Zubehörteile. In jedem Fall aber verhindern Sie den Stromfluss von einem Gleisstück zum nächsten. Dabei ist es nicht nötig, beide Schienen zu isolieren. Die rechte beim 2S-2L-System würde ausreichen – nur was ist bei eingleisiger Strecke die rechte Schiene? Die Modellbahnen-Normen schreiben zwar vor, dass die Rückleiter-Schiene nicht unterbrochen werden darf, doch lässt sich das nur auf Gleisen mit Einrichtungsbetrieb realisieren.

Bei symmetrisch versorgten Gleisen ist es einfacher, denn isoliert wird bei ihnen der Mittelleiter und es ist egal, in welcher Richtung die Züge fahren.

Die so isolierten Abschnitte erhalten dann eine eigene Fahrspannnungsversorgung.

Aufenthalt am Bahnsteig

Manchmal ist es sinnvoll, wenn ein Gleisabschnitt automatisch abgeschaltet wird, z. B. weil ein Zug im Bahnhof eingefahren ist und am Bahnsteig halten soll.

Das kann man natürlich auch mit der Hand machen, aber gerade Garnituren auf der Paradestrecke lässt man ja ganz gern selbständig über die Anlage cruisen.

Wird mit einem zugbetätigten Schalter festgestellt, dass der Zug die richtige Position erreicht hat, betätigt dieser Registrierungsschalter die eigentliche Abschaltung der Stromversorgung, am besten mittels eines bistabilen Relais.

Soll der Zug weiterfahren, muss das Relais zurückgesetzt werden, um das Gleis wieder mit Spannung zu versorgen. Dies kann von Hand oder mit einem Aufenthaltsschalter in Form eines Monoflops geschehen. Für die Monoflop-Variante reicht auch ein einfaches Relais.

Der Schalplan zeigt eine Realisierung mit der gegen Umgebungslicht unempfindlichen Lichtschranke IS 471 F, die beim Aktivierung ihren Ausgang an Pin 2 negativ schaltet, damit den PNP-Transistor aufsteuert und das Monoflop startet. Das Relais zieht an und unterbricht die Zuleitung zum Bahnhofsgleis, bis die Verweilzeit des Monoflops abgelaufen ist.

Abstellgleise abschalten

Bei Abstellgleisen können Sie sich das An-und Abschalten der Versorgungsspannung erleichtern, denn sie lässt sich von der Weichenstellung abhängig machen.

Weichenstellung beeinflusst Spannungsversorgung

Wollten Sie alle Gleisabschnitte separat von Hand schalten und dazu noch die Weichen und Signale, hätten Sie alle Hände voll zu tun und der Spielspaß der Modellbahn könnte darunter leiden. Zum Glück lassen sich bereits mit einfachen Mitteln einige Automatismen schalten, die uns das Leben erleichtern.

So sind Weichen nicht nur zum Einstellen der Fahrwege gut, sie können auch elektrischen Strom auf den rechten Weg leiten.

Fleischmanns »denkende Weichen«

Für viele handelsübliche Weichenantriebe gibt es integrierte oder nachzurüstende Schalter, die vom Weichenantrieb mitgenommen werden. Da sind die „denkenden Weichen“ von Fleischmann zu nennen, die die Herstellung von Abstellgleisen vereinfachen: Die Isolierung der beiden Zweiggleise hinter der Weiche hat dieser Hersteller bereits vorweg genommen, man benötigt keine Isolierung der daran folgenden Gleise. Dennoch führen alle Anschlussschienen der Fleischmann-Weichen im Auslieferungszustand Betriebsspannung, weil werksseitig Metallklammern eingebaut sind, die die interne Isolierung wieder überbrücken. Wer ein Abstellgleis hinter einer Weiche einbauen will oder aus anderen Gründen eine elektrische Trennung nach der Weiche benötigt, nimmt die entsprechende Brücke heraus. Damit ist das Anschlussgleis aber nicht auf Dauer vom Stammgleis elektrisch getrennt, sondern nur solange die Weiche von diesem Gleis weg weist. Die elektrische Verbindung der von der Weiche abgehenden Gleise zum Stammgleis besteht bei entfernten Drahtbrücken nur dann, wenn die Weiche zu dem jeweiligen Gleis weist.

Weichen schalten Fahrspannung

Weichenbetätigte Schalter können ebenfalls verwendet werden, um je nach Zungenstellung den geraden oder den abzweigenden Gleisverlauf von der Fahrspannung zu trennen. Sind nicht genügend Kontakte vorhanden, hilft die Auswertung der Endabschalter mit Transistoren weiter.

Abstellgleispannung vom Herzstück abgreifen

Polarisierte Herzstücke lassen sich für das Schalten von Abstellgleisen missbrauchen: Die von der Weiche weg weisende Schiene des Abstellgleises kann permanent mit dem Stammgleis verbunden bleiben, die zum Herzstück führende Schiene wird isoliert. Ihre Betriebsspannung erhält sie direkt vom Herzstück, so spart man den Schalter zum Aktivieren dieses Abstellgleises.

Bei Weichenstellung geradeaus hat das Herzstück dasselbe Potential wie die innen liegende Schiene der Weiche und gibt dieses an die isolierte Schiene des Abstellgleises weiter. Die andere Schiene des Abstellgleises ist aber dauerhaft mit der innen liegenden Weichenschiene verbunden, also haben beide Schienen des Abstellgleises dasselbe Potential, ohne Potentialdifferenz keine Spannung, ohne Spannung kein Stromfluss, der Zug bewegt sich nicht.

Doppelnutzen: polarisiertes Herzstück

Ein uraltes Weichenproblem ist bei den asymmetrischen Spannungsversorgungen das Herzstück der Weichen. Je nach Weichenstellung muss es entweder die Polarität der innen liegenden Schiene (geradeaus) oder der außen liegenden Schiene (abweisend) führen. Den dafür notwendigen Schaltaufwand scheuten die Hersteller in früheren Zeiten und ließen das Herzstück stromlos nach dem Motto: »Elektrisch neutral passt immer.« (obere zwei Bilder)

Leider hatte diese Sparsamkeit fatale Folgen, wenn zum Beispiel eine zweiachsige Lok, deren eine Achse zur Erhöhung der Zugkraft mit Haftreifen ausgestattet ist, eine Weiche mit spannungslosem Herzstück überfährt. Sie bleibt garantiert stehen, da das durch den Haftreifen isolierte Rad ohnehin nicht am Stromkreis beteiligt ist und das einzige auf dieser Seite noch leitende Rad auf dem isolierten Herzstück steht.

Zum Glück müssen wir uns heute kaum noch Gedanken um solche Probleme machen, denn die meisten Weichen besitzen elektrisch leitende Herzstücke. Dazu gibt es unterschiedliche Varianten, zum Beispiel zwei voneinander isolierte Kontaktstreifen mit jeweils passendem Potential im ansonsten nicht leitenden Herzstück oder wechselweise über einen Umschalter im Weichenantrieb polarisierte Herzstücke.

Sollten Sie ein Herzstück selbst polarisieren müssen, verwenden Sie dafür den eingebauten oder zugerüsteten Schalter, der an die Weichenlage gekoppelt ist, füttern den auf beiden Seiten mit der Fahrspannung und verbinden Sie den Mittenkontakt mit dem Herzstück.

Wird die Weiche jedoch auf abweisend umgestellt, wechselt das Herzstück seine Polarität, damit erhält die isolierte Schiene des Abstellgleises ebenfalls dieses Potential, das dem der anderen Schiene des Abstellgleises entgegengesetzt ist. Spannung liegt an, Strom fließt, der Zug kann sich im Abstellgleis bewegen. Allein die Weichenstellung entscheidet über den Betrieb im Abstellgleis.

Kehrschleife und Gleisdreieck

Problem Kehrschleife

Die unsymmetrische Versorgung der Systeme 2S-2L und 3S-3L bereitet leider Probleme beim Anschließen bestimmter Gleisfiguren. Kehr- oder Wendeschleifen und Gleisdreiecke kommen nicht ohne Schutzmechanismen aus, sonst drohen Kurzschlüsse. Lediglich bei 3S-2L kennt man diese Probleme dank der elektrisch verbundenen Schienen nicht.

Um dem Debakel des systembedingten 2S-2L-Kurzschlusses in der Wendeschleife zu begegnen, ist ein Polwender hilfreich, mit dem zur richtigen Zeit die Fahrspannung an den Schienen vertauscht werden kann.

Da ein Zusammenhang besteht zwischen erforderlicher Polung der Fahrspannung und Weichenstellung, empfiehlt es sich, Weichenstellung und Polung zu koppeln – das spart einen Arbeitsgang.

Die Garnitur fährt in die Schleife ein, wird dort von Hand angehalten. Anschließend schaltet der Stellwerker die Weiche um, welche einen als Polwender geschalteten weichengesteuerten Schalter (intern oder als Schlepprelais wie in der Grafik) mitnimmt und damit die Verbindung der Schleifenschienen mit den Stammgleisschienen vertauscht. Der danach in Gegenrichtung wieder aufgedrehte Fahrknopf sorgt dafür, dass der Zug seine Fahrt durch die Wendeschleife fortsetzt, denn durch das Vertauschen der Anschlüsse ist die Gegenrichtung in der Schleife dieselbe wie die bisherige. So kann der gewendete Zug kurzschlussfrei zurück ins Stammgleis fahren.

Brückengleichrichter ersetzt weichenabhängigen Schalter

Mit einem Brückengleichrichter lässt sich die Kehrschleife schalterfrei gestalten.

Die Dioden-Brücke sorgt dafür, dass die Fahrspannung vom Stammgleis unabhängig von dessen Polarität immer in derselben Polung in das Schleifengleis gelangt. Drehen Sie nun den Fahrregler in die Gegenrichtung, während der Zug die Schleife durchfährt, wird er seine Fahrt in der bisherigen Richtung fortsetzen, denn für ihn ändert sich die Gleispolung nicht. Wieder an der Weiche angekommen, findet er aber die nun für seine Fahrtrichtung korrekt umgepolte Spannung am Hauptgleis vor. Sie brauchen auch die Weiche nicht umzustellen, sie kann bedenkenlos aufgeschnitten werden, wenn

das Herzstück elektrisch mit der Innenschiene der Schleife verbunden ist und
ein isoliertes Schienenstück am Rückkehrgleis über eine Diode so mit Fahrspannung versehen wird, dass es nur dann Spannung führt, wenn am Stammgleis die Fahrtrichtung nach links anliegt, also nach dem Umstellen des Fahrregler.

Dasselbe Problem besteht beim Digitalbetrieb

Zwar ist es egal, wie herum ein digitales Fahrzeug auf dem Gleis steht, denn über die Fahrtrichtung entscheidet der Decoder, dennoch sollten Sie sich einige Gedanken zur Polung am Gleis machen.

Bei schlichten Inselanlagen zum Beispiel sind im Analogbetrieb Plus und Minus in der Regel identisch mit der jeweils inneren und äußeren Schiene. Das ist auch im Digitalbetrieb zunächst kein Problem, doch auf dem gegenläufigen geraden Abschnitt eines Hundeknochens sind die Polungen bei Übernahme der alten Anschlüsse spiegelverkehrt. Werden dann im Bahnhofsbereich die Gleise durch Weichen verbunden, bedürfte es wie beim Analogbetrieb der Isolierung und Z‑Schaltung.

Um die Freizügigkeit der digitalen Steuerung sicherzustellen, müssen wir bei solchen Gleisfiguren umdenken. Der Bahnhofsbereich wird durchgehend gleich gepolt und in den Kehr- oder Wendeschleifen wechselt die Polung wie bei einer eingleisigen Kehrschleife.

Das gilt, anders als bei der analogen Bahn, auch beim zweigleisigen Betrieb! Auch hier muss die Kehrschleife von den Hauptgleisen getrennt und beim Befahren umgeschaltet werden, denn bloßes Isolieren führte beim Überfahren zu Kurzschlüssen über die Räder. Der Abschnitt in der Kehrschleife ist also bei jedem Befahren anzupassen, am besten mit einem bistabilen Relais 2xUM, das von entsprechenden Ereignissen vor, in und hinter der Kehrschleife auf den benötigten Zustand gesetzt wird. Die Abbildung zeigt das Prinzip des Polwenders und seine Realisierung mit einem üblichen DIL-Relais auf einem Stück IC-Experimentierplatine.

Die Standardschaltung einer eingleisigen Kehrschleife kann beim Umrüsten der Anlage auf Digitalbetrieb nahezu unverändert übernommen werden.

Gleisdreieck

Kehrschleifen sind bei vielen Modellbahnern verpönt, weil nicht vorbildgerecht. Aber eine andere Wendeeinrichtung ist bei Dampfbetrieb unentbehrlich, sofern keine Drehscheibe vorhanden ist: das Gleisdreieck.

Manueller Betrieb

Auch bei dieser Konstruktion stoßen unterschiedlich gepolte Schienen aufeinander, doch mit einem Polwender am Weichenantrieb ist auch das in den Griff zu bekommen. Bei drei Weichen sind die Abläufe etwas komplizierter, aber mit den Ablaufphasen (orange Nummerierung) leicht zu verstehen.

Die Lok hat vom Zug abgekoppelt und fährt von links auf die Wendeanlage zu; dazu müssen

die erste Weiche auf abweisend,
die Kehrgleisweiche zur Einfahrweiche und
der Polwender auf passende Polung des Kehrgleises zum Einfahrgleis

gestellt werden (1). (Die Hände an den Weichenantrieben haben nur symbolischen Charakter. Selbstverständlich werden die Weichen vom Stellpult oder Gleisbildstellwerk aus umgelegt.)

Hat die Lok das Kehrgleis erreicht, sind Polwender und Kehrgleisweiche umzustellen; auch die zweite Weiche am Stammgleis muss nun Richtung Kehrgleis gestellt werden. (2)

Die Lok fährt rückwärts aus dem Kehrgleis in den rechten Teil des Stammgleises.

Hat die Lok das Stammgleis wieder erreicht, werden die Weichen des Stammgleises wieder auf Normalbetrieb zurückzustellen. (3) Anschließend kann die Lok gewendet zurück zum Zug fahren.

Dieses Vorgehen erfordert diverse Schaltungen und enthält auch eine Gefahrenquelle: die richtige Polung des Polwenders passend zur Stellung der Kehrweiche.

Teilautomatisierter Betrieb

Da Polwender und Kehrweiche immer phasengleich arbeiten, lässt sich der handbetätigte Polwender durch einen weichenbetätigten ersetzen. Das Betätigen der Kehrweiche und damit des Polwenders kann uns ein Gleis- oder Prellbockschalter am Ende des Kehrgleises abnehmen.

Auch die Weichenstellungen am Stammgleis korrespondieren. Im Normalbetrieb stehen sie auf gerade, im Wendebetrieb auf abweisend. Sie könnten also gemeinsamen geschaltet werden.

Während des gesamten Kehrvorgangs sind Eingriffe nur zu Beginn und am Ende nötig. Zum Start sind die Stammgleisweichen passend zu stellen. (1 grün)

Die Lok hat das Ende des Kehrgleises erreicht und besorgt per Gleis- oder Prellbockschalter den Richtungswechsel und das Umlegen der Kehrgleisweiche völlig allein. (2 grün)

Erst wenn die Lok wieder im Stammgleis angekommen ist (3 grün), müssen wir eingreifen, das Fahrgerät umschalten und die Weichen des Stammgleises auf gerade stellen, damit die Lok zum Koppelgleis fahren.

Der Polwender ist als Schlepprelais in der Phasenskizze eingezeichnet. Wenn Sie am Weichenantrieb noch zwei Umschalter frei haben, ist natürlich denen der Vorzug zu geben.

Weichen stellen

Weichenstraßen

In einem Bahnhof alle Weichen vom Einfahrtgleis bis zum Zielgleis einzeln zu stellen, kann Spaß machen, muss aber nicht. Einfacher ist es, mit einem Tastendruck das Zielgleis zu bestimmen und alle Weichen stellen sich passend ein.

Ein Beispiel soll zeigen, wie man in solchem Fall vorgehen kann.

Für jedes der fünf Zielgleise existiert ein Taster, der alle zwischen Einfahrt und Zielgleis liegenden Weichen in die erforderliche Richtung schalten soll. Alle Eingangs- und Ausgangsleitungen werden als Matrix kreuzweise übereinander gezeichnet. Nun müssen die Kreuzungsstellen gefunden werden, an denen Ein- und Ausgänge zu verbinden sind. An diesen Stellen erfolgt aber nur dann eine direkte Verbindung, sofern einem Ausgang nicht mehr als ein Schalter zugeordnet ist, ansonsten über eine Entkopplungsdiode. Die Pfeile weisen zu den Weichenantrieben; von denen aus geht es weiter zum Pluspol der Spannungsversorgung für Magnetartikel.

Da hierbei mehrere Weichen auf einmal gestellt werden, ist der Einsatz von Booster-Kondensatoren dringend geboten.

Immer genügend »Saft« fürs Weichenstellen dank Weichenbooster

Sobald mehrere Weichen auf einmal gestellt werden müssen, kann es sein, dass der Trafo das nicht mehr schafft. Dagegen hilft ein ganz simpler Trick.

Zunächst einmal ist es sinnvoll, die Trafospannung gleichzurichten und zu glätten, weil dabei die Effektivspannung höher ist.

Dank der Gleichspannung können Sie jede Weiche mit einem reichlich bemessenen Kondensator (mindestens 470 μF, besser mehr) ausstatten, der sich bei offenem Weichenschalter gemächlich über einen Widerstand (mindestens 390 Ω) aufladen kann (1). Wird der Weichenschalter betätigt, schaltet dann nicht die Versorgungsspannung direkt, sondern das Reservoir im Kondensator die Weiche um (2). So steht zum schlagartigen Schalten kompletter Weichenstraßen stets genügend Energie zur Verfügung.

Weichenlage erkennen

Lagemeldung

Es ist hilfreich, am Stellpult zu erkennen, welche Lage die Zungen einer Weiche gerade haben. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Im Zubehörangebot gibt es Weichenschalter mit integrierter Kontrollleuchte, doch häufig sind das keine echten Rückmeldungen, sondern sie zeigen nur an, welcher Taster zuletzt betätigt wurde. Ob die Weiche daraufhin auch tatsächlich ihre Lage verändert hat, geht daraus nicht unbedingt hervor. Es kann ja vorkommen, dass der Weichenantrieb wegen zu hoher Belastung des Gesamtnetzes oder mechanischer Hemmnisse seine Arbeit nicht korrekt verrichten konnte.

Eine wirkliche Lagekontrolle erhalten Sie nur, wenn irgendein Schalter an der Weiche abgefragt werden kann.

Lagemeldung per integriertem oder mechanisch verbundenem Schalter

Für viele handelsübliche Weichenantriebe gibt es integrierte oder nachzurüstende Schalter, die vom Weichenantrieb mitgenommen werden. Zum universellen Aufrüsten der Schalterausstattung an Weichenantrieben hat die Firma Herkat das so genannte Weichenrelais konstruiert. Das ist ein ganz simpler doppelter Schiebe-Umschalter, der über einen Draht mit dem Handhebel des Weichenantriebs verbunden wird. Dieser Draht bewegt im Relais einen Schieber, welcher je nach Stellung der Weiche unterschiedliche Anschlüsse auf einem Platinenstückchen miteinander verbindet. Außerhalb der Modellbahnwelt wird ein solcher Schalter Schlepprelais genannt.

(Die Darstellung ist vereinfacht mit direkten Verbindungen Schalter → Weichenantrieb. Für den tatsächlichen Aufbau sind die Verbesserungen mittels Ringleitung und Halbwelle zu empfehlen.)

Lagemeldung per Endabschalter

Der Endabschalter eignet sich hervorragend, ihn zur Weichenlagen-Rückmeldung anzuzapfen.

Der Schalter der Spule, in der der Anker gerade steckt, ist ausgeschaltet. Der Schalter der gegenüberliegenden Spule jedoch ist geschlossen, hier kann durch eine parallel zum Schalter liegende Leuchtdiode nebst Vorwiderstand (1 kΩ) ein geringer Strom fließen, ausreichend, um die LED leuchten zu lassen, aber zu schwach, um in der Spule ein ausreichend starkes Magnetfeld aufzubauen.

Transistor als Lagemelder

Eleganter ist das Aufrüsten, wenn Sie denselben Trick anwenden und die Spule mit dem geschlossenen Endschalter anzapfen, um einen Transistor aufzusteuern.

Über den geschlossenen Weichenendschalter und die Spule gelangt ein schwacher Strom zur Basis des Transistors, womit an seinem Kollektor ein schaltfähiges Potential zur Auslösung weiterer Aktivitäten bereitsteht.

Wird die Weiche umgelegt, öffnet der Endschalter die Verbindung zur Basis dieses Transistors, dafür aber schließt der gegenüberliegende Endschalter und schaltet den anderen Transistor frei.

Damit sind Sie nicht auf die bloße Lagemeldung beschränkt, sondern können mit den Ausgangssignalen der Transistoren noch weitere Vorgänge auslösen, zum Beispiel bei abweisender Weichenstellung ein Signal von Hp1 auf Hp2 umschalten.

Streckenblock

Zur Erleichterung unserer Aufgaben als Fahrdienstleiter wäre es schön, wenn in einigen, weniger interessanten Bereichen der Anlage der fahrende Zug selbst die Signalisierung beachten würde, z. B. anhalten bei Hp 0 im Streckenblock.

Vorab ein paar kurze Erläuterungen zum Thema Blockstrecke.

Zwecks Auffahrschutzes ist zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zügen immer ein Sicherheitsabstand abzuhalten. Dieser Abstand wird durch das Einteilen der Strecke in Blockabschnitte erzielt, wobei sich in jedem Block nur ein Zug aufhalten darf. Befährt bereits ein Zug diesen Block, darf danach erst dann ein weiterer Zug einfahren, wenn der erste Zug den Block wieder verlassen hat. Geregelt wird der Streckenblock durch Blocksignale am Abschnittsbeginn.

Um den Streckenblock im Modell zu verwirklichen, muss auch die Modellbahnstrecke in elektrisch separierte Blockabschnitte aufgeteilt werden.

Damit haben wir einen separaten Versorgungsabschnitt für jeden Block, und diese Tatsache führt zu der häufig zu beobachtenden Lösung, dass der Spannungsabfall, den ein Zug verursacht, herangezogen wird, um die Befahrbarkeit eines Blocks festzustellen. Hält sich dort ein Zug auf, verursacht er einen Spannungsabfall in der Versorgungsspannung. Demzufolge darf dieser Block nicht befahren werden, das vorhergehende Blocksignal schaltet auf Hp 0 und der zugehörige Gleisabschnitt wird vom Fahrgerät getrennt.

Das klingt einfach – zu einfach!

Was, wenn der Zug im Block vor dem nächsten Hp wartet? Dann verursacht er keinen Spannungsabfall, denn es liegt überhaupt keine Fahrspannung an.

Abhilfe ließe sich schaffen durch eine Kontrollspannung – zu gering, um den Zug zu betreiben oder im Tonfrequenzbereich schwingend, damit für Gleichstrommotoren uninteressant. Egal wie, es wäre ein erheblicher Aufwand, den wir uns sparen können, denn um den Zug zielgenau vor dem Blocksignal zum Stehen zu bekommen, müssen wir eh ein paar Gleiskontakte vorsehen.

Spezifisch 3S-2L

Beim 3S-2L-System gibt es eine Sonderlösung: Die beiden Schienen sind im Urzustand miteinander elektrisch verbunden. Unterbrechen Sie diese Verbindungen (beim Märklin-M-Gleis bauartbedingt nicht möglich) und führen Sie nur über eine Schiene die Fahrspannung ab, dann ist die andere Schiene über die volle Blocklänge Kontaktschiene. Da die Räder nicht gegeneinander isoliert sind, erhält die separierte Schiene bei belegtem Gleis das Potential von der Gegenseite, das für eine Besetztmeldung herangezogen werden kann.

Der Aufwand des Isolierens ist allerdings erheblich.

Den Zug anhalten lassen

Bei Hp 0 soll der Zug vor dem Signal zum Stehen kommen. Um einen Zug anzuhalten, muss die Versorgungsspannung unterbrochen werden. Der einfachste Weg dazu ist ein Relais, das mit dem Grünlicht parallel geschaltet ist und bei Hp 1 das Gleis mit dem Fahrgerät verbindet.

Dazu wird beim 2S-2L-System die rechte Schiene aufgetrennt, bei den 3S-Systemen die Puko-Leiste des Mittelleiters.

Schaltete dieses Relais bei Hp 0 den gesamten vor dem Signal liegenden Gleisabschnitt ab, würde der Zug aber bereits bei Einfahrt in den Gleisabschnitt stehenbleiben. Um den Halt vor dem Signal zu realisieren, gibt es mehrere Varianten.

Meist wird nur ein Gleisstück vor dem Signal isoliert. Der große Rest des Abschnitts bleibt ständig unter Spannung. Nur das kurze Stück kurz vor dem Signal hängt vom Relais ab.

Das hat allerdings einen Nachteil, wenn ein geschobener Wendezug das Signal erreicht. Bis die Lok in den abgeschalteten Bereich kommt, hat sie den kompletten Zug bereits in den Folgeblock geschoben. Die Lösung zu diesem Problem gibt es weiter unten.

Lösung des Steuerwagen-Problems

Die Zugbeeinflussung für Wendezüge muss ein wenig ausgefeilter sein, und wie so oft hilft es auch hier, die Lösung von der anderen Seite her anzugehen

Wer sagt denn, dass ein Relais im Arbeitszustand gleichbedeutend sein muss mit »durchgeschaltet«? Die Fahrspannung vor dem Signal ist abzuschalten, wenn das Signal Hp 0 zeigt und ein Zug auf das Signal zu fährt. Ansonsten kann das Gleis angeschlossen bleiben. Drehen wir also die Verhältnisse um und nehmen den Ruhekontakt des Relais, um das Gleis mit Spannung zu versorgen.

Der Zug soll stehenbleiben, wenn seine Spitze (egal ob Lok oder Steuerwagen) das Signal erreicht. Dies festzustellen, ist Aufgabe eines zugbetätigten Kontakts, der ein Signal abgibt, sobald die Zugspitze ihn erreicht. Welche Technik Sie dafür verwenden, ist egal. Empfehlenswert ist allerdings eine Lichtschranke, weil sie keiner Manipulationen an Gleis und Rollmaterial bedarf. Wird er ausgelöst, muss er das Relais in Arbeitsstellung bringen und damit die Zufuhr der Fahrspannung für den gesamten Blockabschnitt unterbrechen.

Nun kann aber nicht sichergestellt werden, dass der Zug auf dem Kontakt stehenbleibt und ihn weiterhin schließt. Deshalb wird das Relais über einen zweiten Kontaktsatz zum Selbsthalter.

Letztlich muss noch dafür gesorgt werden, dass das Relais bei Hp 1 überhaupt nicht betätigt wird und beim Wechsel von Hp 0 zu Hp 1 wieder abfällt. Dies besorgen zwei Transistoren, die in die Ausgangsleitung des Gleiskontaktes und die Selbsthalteverbindung des Relais eingeschleift und deren Basen direkt mit der Zuleitung der grünen Signallampe verbunden sind. Bei Hp 0 sind sie dank der Pull-up-Wirkung des Grünlichts aufgesteuert, Gleiskontakt und Selbsthaltung verrichten ihren Dienst wie gewünscht.

Bei Hp 1 dagegen erhalten beide Transistoren Sperrpotential: Das Relais wird entweder gar nicht erst betätigt, weil nichts aus dem Gleiskontakt herauskommt, oder es fällt ab, weil die Selbsthalteschaltung unterbrochen ist.

Sollte Ihr Gleiskontakt einen Optokoppler als Ausgang besitzen, sparen Sie sich den zusätzlichen Transistor: Der Optokoppler CNY 17 (und auch viele andere Optokoppler) besitzt am Fototransistor einen Basisanschluss. An diesen Anschluss können Sie das Sperrpotential legen, allerdings mit einer Diode davor, die das Pull-up-Potential vom Fototransistor fernhält. Bei direktem Anschluss würde die Pull-up-Wirkung den Fototransistor ständig durchschalten und die Optkokoppler-Funktion ad absurdum führen.

Da es unschön aussieht, wenn ein Zug aus voller Fahrt abrupt vor dem Signal stoppt, sollten Sie eine Bremsstrecke vorsehen, für die von einem Schalter rechtzeitig vorher eine Reduktion der Fahrspannung eingeleitet wird, bis der Zug nur noch in Schleichfahrt auf das Signal zu rollt.

Dreibegriffige Signale mit Zugbeeinflussung

Selbstverständlich lässt sich mit Hilfe von Relais auch ein dreibegriffiges Signal zur Zugbeeinflussung heranziehen. Bei Hp 2 muss die Fahrspannung herabgesetzt werden, um den Zug langsamer fahren zu lassen.

Dazu wird die Zuleitung der Fahrspannung für den Abschnitt hinter dem Signal mittels eines Relais bei Hp 2 über einen Widerstand umgeleitet, der die Fahrt verlangsamt.

Sofern die Langsamfahrt von einer Weiche nach dem Signal abhängt, können wir auf das Relais verzichten und einen vom Weichenantrieb gesteuerten Schalter benutzen, um die Fahrspannung direkt oder auf dem Umweg über den Widerstand zum Gleis zu führen.

Zugbeeinflussung mit Formsignalen

Ist der Signalbetrieb mit Formsignalen realisiert, geht das häufig sehr leicht, denn an den Signalantrieben vorhandene oder zusätzlich angebrachte Schalter können den Stromfluss zum auf das Signal folgenden, isolierten Gleis zu schalten. Sind keine freien Schalter vorhanden, lässt sich die Rückmeldung über ein Relais oder einen Transistor dafür anzapfen.

Die Hauptaufgabe dieser Schaltung erledigt der Transistor T2. Er leitet nur, wenn der Signalantrieb auf Hp 1 steht, der Endabschalter für Hp 0 also geschlossen ist. Dann erreicht seine Basis positives Potential vom Rückleitungsanschluss über die Hp 0‑Spule.

Das Relais zieht an und verbindet den Halteabschnitt des Gleises vor dem Signal mit dem Stammgleis.

Nebenbei ist die Kollektorleitung als Ausgang herausgezogen, um evtl. weitere Aufgaben zu erledigen. Wenn auch bei Hp 0 irgendwelche Aktionen notwendig werden, kann dies vom Kollektor von T1 aus erledigt werden. Wird ein solches Ausgangssignal nicht benötigt, kann T1 nebst Basiswiderstand natürlich entfallen.

Für die üblichen Anwendungen reichen für T1 und T2 Kleinleistungstransistoren aus. Sollen damit weitere Magnetartikel geschaltet werden, müssen sie natürlich durch Leistungstypen ersetzt werden.

Alle weiteren Schaltungen mit Magnetantrieben für Formsignale entsprechen prinzipiell den für Lichtsignale vorgestellten.

Block sperren und wieder freigeben

Damit der Betrieb im Streckenblock reibungslos und korrekt funktioniert, ist ein wenig Schaltlogik hilfreich.

Da wäre zunächst eine Registrierung erforderlich, dass ein Zug in den Block eingefahren ist. Am simpelsten geht das mit einem Gleisschalter unmittelbar am Beginn des Blocks, also gleich hinter dem Blocksignal. Damit wird eine Merkschaltung (Flipflop, bistabiles Relais o.a.) gesetzt, die den Block sperrt.
Beim Verlassen des Blocks fährt der Zug über einen weiteren Schalter dieser Art, der das Wechseln in den nächsten Block registriert. Der Schalter kann also zugleich das Einfahren in den neuen und das Ausfahren aus dem alten Block melden. Letzteres leider nicht unmittelbar, denn beim ersten Betätigen des Kontakts ist der vorherige Block ja noch nicht frei, sondern noch vom Rest des Zuges belegt, bis auch der letzte Wagen die Blockstelle passiert hat.

Der folgende Block ist frei, der Zug kann durchfahren.
Die erste Achse hat den Schalter ausgelöst, der Folgeblock wird gesperrt.
Erst wenn die letzte Achse den Schalter passiert hat, darf der vorherige Block freigeschaltet werden.

Um ein Schalter-Umlegen verzögert wirksam werden zu lassen, hilft (wieder mal) eine Kippstufe (Bild rechts). Beim Einschalten erhält die Basis von T1 über die grüne LED und den Kondensator so lange positives Potential, bis der Kondensator geladen ist. Danach sperrt T1, weil das negative Potential via R2 überwiegt. Nun kann T2 von R1 aufgesteuert werden und die LED zum Aufleuchten bringen.

Am Kollektor von T2 hängt mit T3 die typische Signalauswertung, die mit dem Aufleuchten der grünen LED die rote löscht. Von diesem Kollektor wäre dann auch der Erregerstrom des Fahrstromrelais abzugreifen.

Nur leider hat diese Verzögerungsschaltung ein großes Manko: Ein fester Verzögerungszeitraum wäre unpassend, denn ein Schienenbus lässt ob seiner Kürze das Blocksignal wesentlich schneller hinter sich als ein langer Schnellzug. Ist die Verzögerung an die Länge eines Schnellzugs angepasst, bleibt der Block noch gesperrt, wenn der Schienenbus schon längst über alle Berge ist.

Es bedarf einer Verzögerungsschaltung, deren Verweilzeit von der Länge des Zuges abhängt. Für solche Situationen wird häufig der Einsatz eines Achsenzählers empfohlen, bei dem der erste Schalter aufwärts zählt und der zweite abwärts. Erst wenn er wieder auf null steht, kann der Block freigeschaltet werden.

Es geht einfacher: Wir haben ja vor dem Signal den Gleiskontakt, mit dem wir den Zug punktgenau zum Stehen bringen. Der wird immer kurz vor dem Schalter nach dem Signal betätigt, wenn der Zug den Block wechselt.

Die Verzögerungsschaltung wird deshalb ersetzt durch zwei Monoflops, die von je einem dieser beiden Schalter getriggert werden. Erst wenn das Monoflop vor dem Blocksignal nicht mehr nachgetriggert wird, kann dasjenige dahinter wirksam werden, weil dann das erste Monoflop den Ausgang des zweiten nicht mehr über T3 sperrt.

Dieses Ereignis tritt erst dann ein, wenn das erste Monoflop nicht mehr nachgetriggert wird, weil der Zug den Schalter vollständig passiert hat. Erst in dieser kurzen Nachwirkzeit des zweiten Monoflops gibt die Schaltung ein Ausgangssignal ab, das den eigentlichen Umschalter (Flipflop, bistabiles Relais) triggert.

Bremsen vor dem Blocksignal

Eine solche Verlangsamung ist abhängig vom verwendeten Fahrgerätetyp. Beim klassischen Stelltrafo reicht ein Widerstand, bei Impulslängensteuerung müssen die Impulse verkürzt werden, siehe weiter unten.

In ausreichendem Abstand vor dem Signal lassen Sie durch einen Sensor (auch hier am besten mit dem IC IS471F) die Ankunft des Zuges registrieren. Der aktive Ausgang der Lichtschranke schaltet ein 2×UM-Relais, sofern dessen Spule auf der anderen Seite über einen vom Rotlicht des Blocksignals abhängigen Transistor positives Potential aus der Ringleitung erhält.

Die zwei Schalter des Relais haben gesonderte Aufgaben:

einer schaltet die direkte positive Spannungsversorgung des Blocks auf den Umweg über einen Bremswiderstand,
der andere sorgt dafür, dass sich das Relais selbst hält, weil ja nur kurze Schaltimpulse von der Lichtschranke kommen und nach Durchfahrt der Garnitur gar keine mehr.

Zeigt das Blocksignal wieder grün, fällt das Relais in den Ruhezustand zurück, weil der Transistor mangels Minuspotential von der roten Lampe sperrt.

Flankenschutz

Ein bedeutendes Sicherheitsthema ist im Großen wie im Modell der Flankenschutz, mit dem verhindert wird, dass ein Zug beim Gleiswechsel über eine Weiche einen dort gerade vorbeifahrenden Zug schneidet.

Um dem vorzubeugen, werden mit dem Einstellen einer Weichenstraße alle Weichen in parallel laufenden Gleisen, die in diese Fahrstraße einmünden, für Gleiswechselfahrten gesperrt. Parallelfahrt bleibt möglich, aber es muss verhindert werden, dass eine Weiche (versehentlich) in die Fahrstraße mündet.

Ein weiteres Gefahrenpotential entsteht, wenn trotz abweisender Weichenstellung ein Triebfahrzeug aus einem Nebengleis einfährt und die Weiche aufschneidet. Hier können wir im Modell noch sicherer vorsorgen als das Vorbild, weil sich durch Trennung des Nebengleises von der Fahrspannung ein Ausfahren verhindern lässt.

Bereits simple Gleisentwicklungen bergen Gefahren in sich. Am Beispiel eines für Bahnhofsvorfelder typischen »Hosenträger«-Gleisbilds soll das Vorgehen erklärt werden.

Nehmen wir eine geradlinige Fahrt von Gleis 2 nach Gleis 21. Dann sind primär natürlich W2 auf kreuzend und W3 auf gerade zu stellen.

Für den Flankenschutz muss gewährleistet sein, dass aus den anderen Gleisen keine Fahrt in diese Fahrstraße möglich ist, also W1 und W5 gerade. Aber was ist mit W4? Für Betrieb zwischen den Gleisen 3 und 31 müsste sie kreuzend gestellt sein, ohne die Fahrt 2/21 zu gefährden. Zwischen den Gleisen 4 und 31 könnte auch Verkehr stattfinden, dazu aber muss W4 parallel gestellt werden. Hier kommt also eine weitergehende Auswirkung zum Tragen, abhängig von W4:

Steht W4 kreuzend, muss die Ausfahrt aus Gleis 4 nach Gleis 31 gestoppt werden.
Steht W4 parallel, muss die Ausfahrt aus Gleis 3 nach Gleis 31 gestoppt werden.
Die Einfahrt von Gleis 31 nach Gleis 3 oder 4 muss nicht abgefangen werden, hier sorgt W5 für die Flankensicherung.

Dieselben Überlegungen müssen Sie natürlich auf für alle anderen denkbaren Fahrten anstellen und die Abhängigkeiten vermerken. Eine so komplexe Situation ist am besten zu lösen, indem Sie sich eine Matrix wie für die Weichenstraße an sich erstellen, in der auch die verschiedenen Eingangs- und Ausgangssituationen miteinander verbunden werden.

Wenn Sie diese theoretischen Vorarbeiten abgeschlossen haben, können Sie darangehen, den Schutz zu realisieren.

Der beste Flankenschutz ist und bleibt die von der Weichenlage abhängige Fahrspannungsversorgung!

Wenn Sie alle Gleise im Bahnhof und seinem Vorfeld über Weichenschalter mit Fahrspannung versorgen, haben Sie die meisten Fälle von Flankensicherung schon mal gelöst. Was dann noch übrigbleibt, vornehmlich an Kreuzungsweichen und sekundäre Abhängigkeiten auf Parallelgleisen, lässt sich mit ein bisschen Schaltlogik leicht nachrüsten.

Nehmen wir noch einmal das Beispiel an Weiche 4:

Wir benötigen je einen einfachen Umschalter an den Antrieben der Weichen 4 und 5, also entweder einen freien Schalter am Weichenantrieb oder einen nachgerüsteten.

Diese Schalter leiten die Fahrspannung je nach Weichenstellung an die rechte Schiene von Gleis 3 oder 4 weiter.

Weitere und umfangreichere Reihenschaltungen dieser Art sind situationsbedingt komplexen Weichenharfen leicht anzupassen.

Bahnübergang

Die roten Lampen an den Andreaskreuzen zum Blinken zu bringen, ist keine Schwierigkeit mit einer der diversen Blinkschaltungen.

Schwierig wird’s allerdings mit dem rechtzeitigen Starten und Beenden des Blinkens. Die unsägliche Wippe im Gleis, die durch das Gewicht des Zuges eine Mechanik betätigt, durch welche das Blinklicht eingeschaltet und der Schrankenbau »zack!« abgesenkt wird, ist keine Option. Mit ein paar elektronischen Hilfsmitteln aus der Grabbelkiste bekommen wir den Bahnübergang eleganter in den Griff.

Die Sperrung des Bahnübergangs – egal ob durch Schranken oder nur Andreaskreuze – dauert entweder zu lange oder zu kurz. Der Schienenbus ist schon lange weg, aber die Autos müssen weiterhin warten. Oder der letzte Wagen des Güterzugs ist noch gar nicht durchgefahren, wenn schon die Schranke hochgeht und das Blinklicht verlischt.

Monoflopgesteuerter Oszillator sperrt Bahnübergang

Koppeln wir ein nachtriggerbares Monoflop mit einer Blinkschaltung, ist die Bahnübergangsbeschaltung ohne Schranke schon fast komplett.

An das Monoflop wird eine komplette Blinkschaltung angefügt, getriggert wird mit Gleisschaltern oder anderen geeigneten Zugpositionsmeldern. Dazu bedarf es mehrerer, um abhängig von der Zuglänge die Sicherheit des Straßenverkehrs am Bahnübergang zu gewährleisten. Bei eingleisigen Strecken muss natürlich eine fahrtrichtungsabhängige Registrierung verwendet werden.

Der erste Melder liegt weit genug vor dem Bahnübergang, um rechtzeitig mit dem Schließen der Schranken bzw. dem Blinken der Andreaskreuze zu beginnen. Ein zweiter Melder liegt unmittelbar am Bahnübergang, damit auch der letzte Waggon noch einmal das Monoflop neu startet. Je nach den Gegebenheiten im Einzelfall sind dazwischen noch weitere Melder vorzusehen, um sicherzustellen, dass auch eine Ferkeltaxe für genügend Impulse noch vor Ablauf der Verweilzeit sorgt.

Fehlschaltungen beim Zweirichtungsbetrieb vermeiden

Dieselbe Anordnung benötigen Sie natürlich auch in Gegenrichtung, wobei im eingleisigen Betrieb natürlich ausgeschlossen werden muss, dass die Melder nach dem Bahnübergang ansprechen. Sofern es sich um Schienenkontakte handelt, ist das kein Problem, die sind fahrtrichtungsabhängig. Sie müssen nun aber nicht alle potentialfreien Melder zu fahrtrichtungsabhängigen Schaltern erweitern. Es reicht aus, beim Überfahren des ersten Melders die komplette Meldeeinrichtung der Gegenseite stillzulegen, zum Beispiel durch ein bistabiles Relais oder eine selbsthaltende Transistorschaltung deren Verbindung zum Monoflop zu unterbrechen. Ein weiterer Schalter in ausreichender Entfernung hinter dem Startmelder der gegenüberliegenden Seite setzt diese Unterbrechung zurück. Ausreichende Entfernung bedeutet, dass auch der längste Zug den Startmelder hinter sich gelassen haben muss, wenn dieser wieder scharf geschaltet wird.

car system am Bahnübergang

Wenn wir hier schon die Schnittstelle von Schienen- und Straßenverkehr im Modell besprechen, darf das car system der Firma Falller nicht unerwähnt bleiben. Der Schaltplan enthält einen Ausgang mit der Bezeichnung »Ausgang car system«. Daran können über Leistungstransistoren Stoppstellen-Spulen angeschlossen werden, damit Fahrzeuge am geschlossenen Bahnübergang angehalten werden. Wie die Stoppstelle anzuschließen ist, zeigt die nebenstehende Skizze.

Beschrankter Bahnübergang

Streng genommen sind Schranken eine spezielle Art von Formsignal. Sie sollten keinesfalls mit dem üblichen Doppelspulenantrieb bewegt werden, das sieht zu unnatürlich aus.

Ein Motor mit reichlich Untersetzung kann schon eher für eine vorbildgetreue Bewegung des Schrankenbaums sorgen. Wobei es mit vertretbarem Aufwand leider nicht möglich ist, die Drehbewegung des Motors unmittelbar auf die Drehung der Achse des Schrankenbaums zu übertragen. Zwar lässt sich durch die geeignete Untersetzung dafür sorgen, dass die Vierteldrehung des Schrankenbaums mit der Vierteldrehung des letzten Ritzels übereinstimmte, einfacher ist es jedoch, die Drehung des Ritzels zunächst in eine lineare Bewegung umgesetzt werden, die dann wiederum an der ohnehin vorhandenen Schrankenmechanik zur Drehbewegung wird. Motoren für solche Zwecke werden gemeinhin Servomotoren oder kurz Servos genannt. Ein Exzenterstück auf der letzten Getriebeachse bewegt den Stelldraht und zwei Endlagenschalter, die dafür sorgen, dass der Motor tatsächlich nach einer Vierteldrehung stehen bleibt.

Servo-Steuerung

Für die Ansteuerung eines Servos benötigt man einen Polwender, der die Laufrichtung des Motors bestimmt. Weiterhin muss der Motor gestartet werden, wenn sich der Schrankenbaum senken soll. Da bietet es sich an, Polwender und Starter zusammenzufassen. Das geht am bequemsten, wenn Sie die beiden Endlagenschalter des Servos mit je einer Diode überbrücken, deren Durchlassrichtung in beiden Fällen vom Motor weg zum Polwender weist. (Umgekehrt geht es auch, wichtig ist, dass beide Dioden in dieselbe Richtung sperren.)

In Phase (1) ist der untere Endschalter geöffnet und die Polung erlaubt auch kein Ausweichen des Stroms vom Polwender über die Diode. In Phase (2) hat der Polwender umgepolt, die untere Diode leitet, überbrückt den Endlageschalter und bewegt den Motor. Durch die Bewegung der Exzenterscheibe wird der untere Schalter geschlossen; die Drehbewegung läuft weiter (3).

Nach einer Vierteldrehung öffnet die Exzenterscheibe den oberen Schalter (4), dessen Diode aber bei dieser Polung sperrt, weshalb der Motor stehenbleibt. Erst erneutes Tauschen der Polung (5) lässt den Motor wieder anlaufen, weil nun die obere Diode in Durchlassrichtung liegt, und der Vorgang läuft in umgekehrter Form ab, bis der untere Schalter wieder geöffnet wird, wenn der Schrankenbaum senkrecht steht.

Der Servo wird also ausschließlich mit Hilfe des Polwenders gesteuert. Ersetzen wir den Schalter durch ein Relais, lässt sich der Vorgang mit derselben Methode wie die Steuerung des Blinklichts auslösen: Ein Monoflop wird vom Zug gesetzt und hält das Relais in der Polung für die Abwärtsbewegung, bis die Verweilzeit nach dem letzten Triggern abgelaufen ist. Dann fällt das Relais zurück und ändert die Servo-Richtung auf aufwärts.

Rotlicht und Schranke koordinieren

Damit entsteht allerdings ein neues Problem, denn wenn die Schranke öffnet, darf das Blinklicht noch lange nicht erlöschen, es muss weiterblinken, bis der Schrankenbaum wieder senkrecht steht.

Indikator dafür, dass der Schrankenbaum senkrecht steht, ist der geöffnete Endlagenschalter des Servos. Leider hat der den Nachteil, beim Senken die Polarität zu wechseln, weshalb er nicht so gut auswertbar ist. Ein Kunstgriff hilft hier weiter: Das motorseitig am Schalter anliegende Potential wird über zwei Optokoppler geschickt, deren Eingänge antiparallel geschaltet sind. So schaltet unabhängig von der Polung der Motorspannung immer einer der Optokoppler durch, solange der Schalter geschlossen ist. Die Ausgänge beider Optokoppler werden zusammengeführt und versorgen die Blinkschaltung mit negativem Betriebspotential.

Modellbahn-Elektrotechnik Praxis: Schal­tun­gen für den Fahrbetrieb