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Weichen und Signale

Sicherung gegen Falschfahrten und Kurzschluss

Automatisierung kann - in vernünftigen Maßen eingesetzt - eine große Hilfe sein. Warum sollte es zur Entgleisung oder zum Kurzschluss kommen, wenn diese vermieden werden können? Besonders Kinder erkennen bei der Modelleisenbahn drohende Gefahren manchmal nicht rechtzeitig.

Hier werden einfache und teils nötige Sicherheits–Schaltungen besprochen, die dabei helfen, Probleme zu vermeiden, bevor sie entstehen.

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Sicherung: Grundlagen am konkreten Beispiel

Stellungen der Weichenzungen an einer Doppelkreuzungsweiche.
[ ± ].

Zurück zur schon bekannten Gleisverbindung mit einer Doppelkreuzungsweiche am mittleren Gleis zwischen zwei einfachen Weichen. Hier können folgende „Katastrophen” geschehen: An den Weichen W1 und W3 (vergleiche zweites Bild des Abschnitts) kann es von den stumpfen Seiten zu Flankenfahrten (falsch gestellte Weiche, diese Situation gibt es viermal) kommen. Bei der DKW droht noch anderes Ungemach.

Eine Einfahrt in eine DKW ist nämlich in beiden Stellungen der vorderen Weichenzungen möglich. Die Polarität des vorderen Herzstücks hängt jedoch von der Stellung der hinteren Weichenzungen ab (Kurzschlussgefahr bei falscher Stellung). Außerdem müssen die hinteren Zungen in der Stellung liegen, die zum Einfahrtgleis passt (Entgleisungsgefahr). Das ist ein wenig abstrakt, es kann sich also lohnen, die Abbildung einer DKW aus einem Modellbahn–Prospekt oder die Skizze einer Baeseler–DKW im ersten Bild zu Rate zu ziehen.

Im zweiten Bild ist die Situation schematisch dargestellt. Die Lage der Weichen W1, W2a beziehungsweise W2b und W3 werden analog zur Stellung der Weichenzungen (im Bild) als „oben” beziehungsweise als „unten” (zum Beispiel W1U, Geradeausfahrt) bezeichnet, die Fahrtrichtungen als F1 und F2.

Darüber hinaus gibt es sechs Infrarot–Lichtschranken mit Ausgängen für beide Fahrtrichtungen, die a bis f heißen. Benötigt wird dazu eine Weichen–Rückmelde–Schaltung, damit die jeweiligen Stellungen der Weichenzungen bekannt sind.

Das dritte Bild zeigt eine mit Teilen von Fremde Seite Thiel gebauten Baeseler–DKW (außenliegende Zungen) in Nenngröße IIm. An dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an Herrn Diesener für die Anfertigung der Weichenzungen und Lieferung der Rohteile.

 

Funktion

Die bekannten „Kurzschlusserkennungs–Schaltungen”, die im Fall der Fälle die Polarität am Herzstück ändern, sind nur vordergründig eine gute Lösung. Besser ist es, die Weichen richtig zu stellen, da hiermit gleichzeitig Entgleisungen vermieden werden.

Das Prinzip der Sicherung ist immer folgendes: Wenn ein Lichtschranken–Impuls entsteht, werden in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrtrichtung (und bei der DKW der Stellung der Weichenzungen) die folgenden Weichen richtig gestellt. Dabei werden bei Bedarf die anderen Antriebe mitgestellt, um dort Flankenfahrten zu vermeiden (Schutzweichen–Funktion). Eine Warnung gleich vorab: Eine Umsetzung der vollständigen Schaltung für diese Gleisverbindung erfordert alleine 40 Transistoren.

Ein einfaches Funktions–Beispiel vorab: Impuls von Lichtschranke e bei Fahrtrichtung F2 = Weiche 1 auf W1U (gerade) stellen. Analog dazu: Lichtschranke f, Fahrtrichtung F1 = Weiche 3 auf W3O.

Etwas aufwendiger wird's bei der Einfahrt in die DKW. Auch dazu ein Beispiel: Lichtschranke b, Fahrtrichtung F1, W2a unten, W2b unten = W2b auf oben (W2aO), W1 auf W1U (gerade), W3 auf W3O (gerade). Das Ergebnis ist eine gerade Durchfahrt der DKW auf Gleis 2 in Fahrtrichtung F1.

Das klingt natürlich alles ziemlich erschreckend. Ist die Schaltung aber erst einmal entworfen, müssen nur noch die Ein– und Ausgänge an einer Platine im Link zum Glossar Europaformat angeschlossen werden, und Sie haben eine ganze Reihe Vorteile. Zum einen kann es nicht geschehen, dass Sie oder die Kinder sich beim Stellen der Antriebe verhaspeln: Es wird immer eine glimpfliche Lösung gefunden. Zum zweiten wird es keinen Kurzschluss bei den DKW–Herzstücken geben. Wenn Sie Doppelspul–Antriebe oder EPL®–Antriebe (also schnelle Typen) verwenden, genügen sehr kurze Abstände zwischen Lichtschranke und Gefahrenzone. Bei langsameren Antrieben müssen Sie die nötigen Mindestabstände in Abhängigkeit von Fahrtgeschwindigkeit und Umstellzeit berechnen.

 

Funktionstabelle

Hier sei hier als Beispiel die vollständige Tabelle der Bedingungen und Abhängigkeiten wieder gegeben. LS steht für „Impuls von Lichtschranke”, FR für „Fahrtrichtung”, u für unten, o für oben (Stellung der Weichenzungen von oben gesehen).

Bedingungen Folge
LS FR Pos.
W2a
Pos.
W2b
W2a / W2b
auf
W1 auf W3 auf
a1 >OO W2b UW3 U
a1 >O UW3 U
a1 >UO W2b UW3 O
a1 > UU W3 O
b1 >OO W1 UW3 U
b1 >OU W2b OW1 UW3 U
b1 >U OW1 UW3 O
b1 > UU W2b OW1 U W3 O
c2 <OO W2a UW1 UW3 O
c2 <OU W2a UW1 OW3 O
c2 <UO W1 UW3 O
c2 < UU W1 O W3 O
d2 <OO W1 U
d2 <OU W1 O
d2 <UO W2a OW1 U
d2 < UO W2a OW1 O
e2 < W2a O/ b O W1 UW3 U
f1 > W2a U/ b O W1 UW3 O
 

Kreuzungen sichern

Zu diesem Abschnitt sollten auch die Ausführungen zum Thema „Prellbock–Schutz” bei Programmierung gelesen werden. Angenommen wird eine einfache Kreuzung, die nach dem „Wer zuerst kommt, mahlt zuerst”–Prinzip geschützt werden soll.

Dabei treten zwei Probleme auf. Das eine ist die Zeit, die ein Zug braucht, um sich in voller Länge der Kreuzung zu nähern, das zweite die benötigte Länge der benötigten abschaltbaren Gleisabschnitte. Diese können - was besonders in Bahnhofsnähe oder im Bahnhof selbst wahrscheinlich ist - so lang sein, dass in ihnen andere Weichen und Abschnitte liegen. Hierfür gibt es nur eine mögliche Lösung: Ganze Bereiche der Anlage müssen gemeinsam stromlos geschaltet werden können.

Der Zug, der zuerst eine der in der Skizze abgebildeten Lichtschranken erreicht, soll Vorfahrt vor dem anderen bekommen, der daher gestoppt werden muss. Der zweite Zug muss so lange gestoppt werden, bis die Kreuzung sicher wieder frei und damit ohne Kollision befahrbar ist. Ein Monoflop ist für diese Aufgabe denkbar ungeeignet, weil der erste Zug beispielsweise auf der Kreuzung entgleisen könnte - die Zeit liefe ab, und es gäbe gleich noch ein Malheur.

Sinnvoller ist da schon ein Flipflop. Es wird vom ersten eintreffenden Zug gesetzt. Nun könnte leicht angenommen werden, dass dieses Flipflop gleich das andere kreuzende Gleis sperrt. Das ist aber falsch, denn es kann ja durchaus sein, dass gar kein zweiter Zug in der Nähe ist: Dennoch würden Rangierfahrten auf dem zweiten Gleis rechts und links unterbunden. Die Gefahr entsteht erst, wenn wirklich ein zweiter Zug eine der Lichtschranken des zweiten kreuzenden Gleises erreicht. Ist das Flipflop gesetzt, wird auf dieser Seite der Kreuzung - und nur dieser - über ein weiteres Flipflop der Fahrstrom abgeschaltet.

 

Wodurch wird die Sperrung aber wieder aufgehoben? Das Signal an der zweiten Lichtschranke, die der Zug durchfährt, könnte ja pulsieren. Das Ereignis, dass es nach dem Anziehen abfällt, kann also nicht benutzt werden.

Angenommen sei ein erster Zug, der in Fahrtrichtung F2 von Lichtschranke d eintrifft. Das zugehörige Flipflop d wird in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung (auf Kreuzung zu) gesetzt.

In der Mitte der Kreuzung wird eine fünfte Lichtschranke angebracht, die eine lange Impulsdauer (etwa 2 bis 3 Sekunden) haben und den gesamten kritischen Bereich erfassen muss. Erreicht der Zug nun bei Fahrtrichtung F2 Lichtschranke a, wird ein weiteres Flipflop a2 gesetzt. Solange dessen Ausgang high ist, wird ein astabiler Multivibrator getrieben, der in regelmäßigen Abständen nachsieht, ob die Lichtschranke noch einen Impuls liefert. Die Frequenz des Multivibrators sollte etwa halb so lang sein wie die der mittleren Lichtschranke. Sobald das nicht mehr der Fall ist, ist die Kreuzung frei. Wenn in der Auswertungsschaltung der Lichtschranke e ein retriggerbares Monoflop arbeitet, ist sie sogar schon seit der Impulsdauer der Lichtschranke frei. Damit können sämtliche Flipflops der gesamten Sicherung wieder in den Reset–Zustand (Ruhe) versetzt werden.

Dieses Prinzip lässt sich - mit Abwandlungen - zur Sicherung einer Falschfahrt–Strecke (zum Beispiel wegen Bauarbeiten) einsetzen. Hier müssen nur statt Lichtschranke e zwei Kontaktgeber eingesetzt werden.

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