Modellbahn - Gleisentkuppler
Vorwort
Das Trennen und Zusammenfügen von Loks und
Wagen, sprich das Rangieren, gehört auf jede Modellbahnanlage.
Zum Trennen stehen dem Nutzer, neben der
"Handbedienung" auch "Fernbedienungen" zur Verfügung, so z.B. in
Form von "Telexkupplungen", welche am Fahrzeug angebracht sind,
und Entkupplern, die im Gleis montiert werden.
Bei meinem Betriebsszenario kommen beide
Arten zum Einsatz.
Hier geht es jetzt um die Gleisentkuppler.
Meine Anforderungen sind so ausgerichtet,
daß bei einer Störung bzw. einem Ausfall des Entkupplers dieser
von oben leicht ausgewechselt werden kann. Ich deshalb nicht
unter der Anlage montieren muß.
Die derzeit (2018) am Markt erhältlichen
Gleisentkuppler erfüllen diese Anforderung nicht.
Aus diesem Grund mußte eine "Eigenlösung" her.
Eine weitere Anforderung beim
Einsatz von Gleisentkupplern ist das exakte Halten mit der
Kupplung über der "Bohle". Dies ist insbesondere bei
automatisch, software gesteuerten Abläufen eine Herausforderung.
-- der Leser findet am Schluß der Hardware -
Beschreibung einige Hinweise hierzu --
Prinzip des Entkuppler - Aufbaus
Achtung:
Alle nachfolgenden Angaben (Verfahren, Methoden) inkl. des Lösungsansatzes / der
Lösungsansätze unterliegen dem CopyRight des Autors.
Eine lizenzfreie Nutzung ist nur PRIVAT - Personen
(Modelleisenbahnern) gestattet.
Geben private Personen diese Informationen weiter, dann muß auf
diese Bedingungen verwiesen werden.
Im Register "Akustik"
sind noch ergänzende Hinweise zu diesem Copy Right gegeben, bitte
beachten.
--- weitere
Informationen zur Nutzung von meinen Ideen findet der Leser
hier ---
---
mit der Nutzung werden diese
Regeln automatisch anerkannt ---
Die "Bohle", welche die Kupplungen der
Fahrzeuge anhebt, soll möglichst unauffällig ins Gleis eingebaut
werden.
Dies ist nur dann möglich, wenn die "Bohle" im Ruhezustand nicht
auf den Punktkontakten aufliegt, sondern direkt zwischen den
Schwellen.
Die "Hubstange" mit der aufsitzenden
"Bohle" wird bei verlegtem Gleis in einer Führung bis unterhalb
der Bodenplatte geführt.
Mittels eines Servo Antriebs (mit
verlängertem Arm) kann die "Hubstange" ("Bohle") dann auf und ab
bewegt werden.
Der Servo Antrieb ist seitwärts vom Gleis
mittels einer 3D Druck Halterung so montiert, daß er -- wie bei
einem Formsignal -- leicht nach oben herausgenommen werden kann.
Bei meinem Projekt kommt der Servo-Antrieb der Fa. Futaba*
zum Einsatz.
Hinweis:
Bei allen folgenden Abmessungen und
Montagebeschreibungen ist zu berücksichtigen, daß bei mir auf
der Multiplex - Grundplatte noch eine 2 cm starke Schall -
Dämmungsmatte aufliegt und auf dieser erst die Gleise.
"Nachbauer" müssen die
entsprechenden Maße an ihre Verhältnisse anpassen !!
Mechanischer Aufbau
von "Bohle", "Hubstange" und "Führung"
Als Material wurde Messing ausgewählt.
Alles Material habe ich von der Fa. Knupfer* ,73614 Schorndorf
bezogen.
Streifen - Breite 10 mm, Stärke 0,8 mm
verwendet als "Bohle"
quadratisch - außen 5,55 mm, Stärke 0,0353 mm
verwendet als "inneres Teleskop - Rohr"
quadratisch - außen 6,35 mm, Stärke 0,0353 mm
verwendet als "äußeres Teleskop - Rohr"
L - Format - Schenkellänge je 10 mm, Stärke 1,1 mm
verwendet als Befestigung an der Multiplex - Bodenplatte
... abgeschaut ...
Hier habe ich auf das Prinzip von einer
Teleskop - Bühne zurückgegriffen, allerdings in der Ausführung
mit "4 kant Rohren" als "äußeres Teleskop - Rohr" und
"inneres Teleskop - Rohr".
Die enge Führung und das nicht verdrehen erlaubt eine präzise
Positionierung der "Bohle" im Gleis.
Damit sind evtl. Kurzschlüsse, hervorgerufen über Schiene - Rad
- "Bohle" - Punktkontakt ausgeschlossen.
"Hubstange" und "Führung"
Das "äußere Teleskop - Rohr" wird mit
Winkel an der Bodenplatte befestigt und dient ausschließlich der
Führung des "inneren Teleskop - Rohrs".
Dieses ist der vertikalen Richtung frei beweglich.
Länge des "äußeren Teleskop - Rohrs" 48 mm
Montageposition Winkel - von rechts nach links Winkeloberkante
gemessen - 21 mm
(Dies ist der Teil, der sich oberhalb der Multiplex -
Bodenplatte befindet und nach oben ins Gleis ragt. Die
Schalldämmung ist 20 mm stark. Der andere Teil ragt durch die
Bodenplatte nach unten heraus)
"Bohle"
Die Bohle stammt aus einem Messingstreifen
und wird auf das "innere Teleskop - Rohr" gelötet.
"Einheit von "Bohle" und den
"Teleskop - Rohren"
"Inneres Teleskop - Rohr" und "Bohle" bilden
eine mechan. Einheit und können jederzeit einfach von oben aus
dem "äußeren Teleskop - Rohr" herausgezogen oder eingesteckt
werden.
"Bohlen - Länge" -- 30 mm
"innere Teleskop - Rohr Länge" -- 70 mm
"inneres Teleskop - Rohr" mittig auf die "Bohle"
positioniert und verlötet
Mechanischer Aufbau
des "Antriebs"
Der "Antrieb" setzt sich aus 3 Einheiten
zusammen ...
- 3D Druck -- Servohalterung
- Servo Antrieb
- 3D Druck -- Hebelarm
"Servohalterung"
Als Basis für die Konstruktion der
Servohalterung diente die 3D Druck Halterung für Formsignale mit
zwei Antrieben (Servos).
"Hebelarm"
Der Hebelarm wurde neu entworfen und
richtet sich mit seinen Abmessungen nach der Distanz
Servohalterung -- Gleisentkuppler (mechan. Teil -- "inneres
Teleskop - Rohr).
"Servo - Antrieb"
Es kommt der gleiche Servo, wie bei den
Formsignalen, zum Einsatz.
Achtung:
Die "Ruhe" - Endstellung des Servos ist so
einzustellen, daß der "Hebelarm" in der vertikalen Linie mit der
"Servohalterung" liegt.
Dann kann der Servo trotz der erheblichen Armlänge einfach
herausgenommen bzw. eingesetzt werden.
Gleisarbeiten
Damit die Bohle auf den Schwellen liegen
kann, müssen die Punktkontakte in dem "Bohlen - Bereich"
abgeschliffen werden.
Durch die Abmessungen der "4 kant Rohre"
muß eine Schwelle entfernt werden, da das "innere Teleskop -
Rohr" nicht in den Zwischenraum von zwei Schwellen paßt.
Anmerkung:
Man kann natürlich auch mit
kleineren Abmessungen arbeiten. Ich habe die hier größtmögliche
gewählt, damit die "Bohle" eine möglichst große Auflagefläche
erhält. Ferner ergeben sich dadurch auch längere Lötnähte und
damit eine höhere Festigkeit / Stabilität.
Montage und
Fertigstellung
Die folgenden Bilder zeigen die Montage und
den fertigen Zustand im Gleis.
Die Messing - Bohle kann je nach Bedarf noch farblich behandelt
werden.
Die Lok - Schleifer sind lang genug, um diesen nicht
elektrischen Bereich zu überbrücken.
In besonderen Fällen kann die Bohle um 1 mm
stärker ausgeführt werden, dann ist sie gleich hoch wie die
Punktkontakte und an das "innere Teleskop - Rohr" kann unterhalb
der Platte über eine steckbare Lösung Gleisspannung zugeführt
werden.
Gleisentkupplerteile ineinander gesteckt
Einbauposition im Gleis
Servo - Antrieb:
Einbau und Betrieb
Der Servo Motor wird an das
(höchstflexible) Verbindungskabel zum Servodecoder
angesteckt.
Der Einbau erfolgt durch
einstecken des 3 D Montagegestells mit angeschraubten Servo
in den Halterungsrahmen neben dem Gleis.
Die gezeigte Position des
Servoarms ist die "Nullposition" und erlaubt die freie Montage.
Die gezeigte Position des
Servoarms ist die "Arbeitsposition" und hebt unter
dem Gleis die Bohle mittels der Teleskopstange an.
Prinzip des
Positionierens der Wagenkupplung über der "Bohle"
Erfassung der
Positionierung
-- am Beispiel des
Modellbahnmaßstabs H0.
Bei anderen Maßstäben muß sich der Leser die folgenden Aussagen
auf seine Größe übertragen.
Eine grundsätzliche Betrachtung --
- Mittels Infrarot - Sensoren läßt sich
die Position ermitteln ..
- "Lichtschranken"
bei einer solchen Anwendung muß der Sender auf der einen
Gleisseite und der Empfänger auf der anderen Gleisseite
(gegenüber) montiert sein. Ferner muß sich der
"Lichtstrahl" über der Entkupplungsbohle befinden.
Wenn der Empfänger angestrahlt wird, dann ist kein
Fahrzeug im Erfassungsbereich, dies läßt drei Schlüsse zu
...
1) es gibt gar keine Fahrzeuge im Bereich des
Entkupplers
2) es befindet sich der Zwischenraum von zwei Fahrzeugen
über dem Entkuppler und damit die Kupplung
3) es befindet sich zwar ein Fahrzeug im Bereich des
Entkupplers, aber es kann sich auch um ein Zugende
handeln, welches sich in der Nähe des Entkupplers
befindet.
- "Refektierende Lichtschranke"
bei einer solchen Anordnung reflektiert ein Gegenstand,
z.B. Wagen, den "Lichtstrahl" vom Sender zum Empfänger.
Bei befinden sich auf der gleichen Gleisseite und meist
mechan. in einem Gehäuse.
Im Prinzip gelten auch hier die vorgenannten
Kombination; nur eben "umgekehrt" was die Auswertung
durch den Empfänger angeht.
- Ich vermute es wird
problematisch, wenn man mit nur einer Lichtschranke die
Positionierungsfrage sauber lösen will.
Mir erscheint es besser zu sein, eine weitere
Lichtschranke mit einzubeziehen oder einen
Gleisabschnitt (siehe unten)
- Allgemein haben Lichtschranken
den Nachteil, daß es schwierig ist sie im Anlagenbau zu
kaschieren. Ferner ist "Fremdlichteinwirkung" zu
berücksichtigen
- Mittels Magneten und Hallsensoren
Bei dieser Methode muß der Nutzer ins Gleisbett, in der
Nähe des Gleisentkupplers, Hallsensoren einbauen, die von den
Magneten an den Wagen aktiviert werden.
Die Positionierung muß so erfolgen, daß der Sensor aktiviert
wird, wenn sich die Kupplung über dem Entkuppler befindet.
Bei nur einer Fahrtrichtung zur Positionierung wird eine
Positionierung möglich sein, allerdings müssen alle Wagen,
die an dem Rangiervorgang teilnehmen, an gleicher Stelle
einen Magneten aufweisen.
Bei zwei Fahrtrichtungen gilt es Fahrtrichtung und Sensor in
Bezug auf die Positionsaussage in Einklang zu bringen.
-- Für mich als 3 Leiter - Fahrer ist
diese Methode nicht anwendbar, da ich befürchte, daß die
Magneten unter den Wagen zusammen mit dem Mittelleiter eine
"Generatorwirkung" entfalten und evtl. das Gleissignal
verfälschen. --
- Mittels getrennten Gleisabschnitten
-- Für mich als 3 Leiter - Fahrer bietet
sich diese Lösung an, da eine Außen-Schiene des Gleises als "Meldeschiene"
verwendet werden kann. (Siehe auch Besetzmeldungen /
Besetztmelder) --
Anstelle der Magnete kann man auch Gleisabschnitte
definieren in denen sich ein Radsatz oder bei Drehgestellen
zwei Radsätze befinden müssen und einen Kontakt auslösen;
jeweils links und rechts der Bohle.
Dazu ist auf jeder Seite des Entkupplers (Bohle) ein solcher
Gleisabschnitt mit seinen Trennstellen so anzuordnen, daß sich das Rad noch im
Abschnitt befindet, während die Kupplung über dem Entkuppler
"liegt".
Der Gleisabschnitt zwischen den beiden vorgenanten, der sich
also parallel zur Entkupplerbohle befindet, wird als
"Kontrollabschnitt" mit in die Auswertung einbezogen.
Zum Zeitpunkt des Entkuppelns darf sich dort kein Rad
befinden und einen Kontakt auslösen.
Vom Grundsatz her ist die korrekte Entkupplungsposition
dadurch bestimmt, daß die beiden äußeren Gleisabschnitte
besetzt sind und der mittlere frei ist.
Diese Kombination erlaubt es auch die Position während der
Rangierprozedur zu korrigieren, z.B. wenn der Zug etwas zu weit
fährt. Dies wird durch den mittleren Melder erkannt und der
Zug kann nunmehr langsam in die Gegenrichtung gefahren
werden, bis der mittlere Melder "erlischt".
Realisierungswege --
Testaufbau
Variante A
-- IR - Sensoren; primär eine Software -
Lösung --
Bei drei Gleisabschnitten werden 3
Melder-Eingänge beim Besetztmelder benötigt, die mit dem
Softwareprogramm (z.B. TrainController*) ausgewertet und
entsprechend kombiniert werden.
Variante B
-- Gleisabschnitte (Rad -
Schiene); primär eine Hardware -
Lösung --
Bei jedem der drei Gleisabschnitte wird
mittels Hardware Komponenten der Belegungszustand ermittelt.
Diese Zustände werden in der Hardware zu einer Aussage
kombiniert, das Ergebnis ist dann > Kupplung ist positioniert
(ja / nein).
Diese Aussage wird dann wie eine
Gleisbesetztmeldung an den Besetztmelder ausgegeben, der diese
Information an das Softwareprogram zur Verarbeitung weiter
leitet.
Testerfahrung mit
der Variante B ( Hardware - Lösung)
In einem kleinen Laboraufbau habe ich die
Variante B aufgebaut und mit verschiedenen Wagen getestet.
Testaufbau - Prinzipdarstellung
Szenario A:
Die Abschnitte 1 und 2 dienen zur Erfassung der Wagenposition
(Rad, Räder), denn es hat sich gezeigt, daß die Abstände Rad <>
Kupplung, mit gewissen kleineren Schwankungen, das gleiche Maß
(Entfernung) besitzen.
Somit kann anhand des Belegungszustandes des Abschnitts auf die
Kupplungsposition geschlossen werden.
Der Abschnitt 3 dient quasi als Kontrollabschnitt. Sollte hier
eine Belegungsanzeige stattfinden, dann bedeutet dies eine nicht
korrekte Positionierung.
Bei Wagen mit Drehgestellen ist es denkbar, daß das eine Rad den
Abschnitt 3 belegt und das andere den Abschnitt 1 bzw. 2.
Die Abschnitte 1 und 2 sind in ihrer Länge so zu bemessen, das
bei allen Wagen die "äußeren" Räder in den jeweiligen Abschnitt
passen.
Szenario B:
Bei den Tests hat sich
gezeigt, das kurze Wagen ungefähr den gleichen Radabstand
(Entfernung) aufweisen, wie die Entfernung Rad von Wagen A --
Kupplung -- Rad von Wagen B.
Damit erhält man die gleiche Auswertesituation wie in Szenario
A.
Die beiden Szenarien sind also
nicht unterscheidbar.
Szenario C:
Bei längeren Wagen tritt
dieser Zustand nicht auf. Hier ist die in Szenario A ermittelte
Situation eindeutig.
Weitere Erkenntnis:
Es ist besser mit beiden
Abschnitten 1 und 2 zu arbeiten; theoretisch würde bei einer
Fahrtrichtung auch einer ausreichen, denn bei nur einem
Abschnitt erhält man am Zugende / Zuganfang das gleiche
Auswerteergebnis wie zwischen zwei Wagen.
Das Positionsergebnis ist demnach in punkto "zwischen den Wagen"
nicht eindeutig.
Das gewonnene Fazit lautet, die obige
Anordnung ist bei längeren Wagen anwendbar, bei kurzen jedoch
nicht.
Was ist zu tun ???
Ich habe daraufhin den Testaufbau
modifiziert und Infrarot - Sensoren mit einbezogen.
Szenario A:
Die Abschnitte 1 und 2 wurden in ihrer Position / Schnittstelle
verändert. Sie trennen jetzt ungefähr in der Entkuppler - Bohlen
- Mitte das Gleis.
Der Abschnitt 3 wird durch die IR - Sensoren gebildet.
Diese sind jeweils so zu
positionieren, daß, wenn sich die Kupplung über der Bohlenmitte
befindet die Wagenecken aber die Sensoren noch nicht
abdecken, aber kurz davor sind.
Bei verschiedenen Wagen ist das mit einiger Messerei und Tests
verbunden.
Szenario B und C:
In beiden Szenarien ist zu
erkennen, daß die kurzen als auch langen Wagen die Sensoren beim
Befahren des Abschnitts 3 immer abdecken und diese damit den
Wechsel von Wagenzwischenraum und Wagen erkennen können.
Weitere Erkenntnis:
Die Aussagen sind immer
eindeutig.
Mit nur einem Sensor und / oder auch Abschnitt ergeben sich
Situationen, in denen sich dann kein eindeutiges Ergebnis
darstellt.
Reflex - Lichtschranken können
unterhalb der Wagen nicht eingesetzt werden, da die schwarze
Farbe nicht genügend reflektiert.
Ein Einsatz seitwärts des
Gleises ist denkbar, die hellen Seitenwände reflektieren wohl
genügend (nur kurz erprobt, nicht alle Farben).
Der Einsatz von Lichtschranken
mit getrennten Sendern / Empfängern über das Gleis hinweg ist
ebenso denkbar.
Bei beiden letztgenannten
Einbauvarianten ergibt sich allerdings eine
Positionierungsschwierigkeit, die darin besteht, das bei flachen
Fahrzeugen die Erfassung evtl. nicht sauber erfolgen kann.
Was ist zu tun ???
Wie bereits bei der Drehsscheibe
(s.
Drehscheibenumbau) verwende ich einen Photo - Sensor
(IR -Transistor) der auch bei Tageslicht / künstlichem Licht anspricht und baue
diesen zwischen die Schwellen ins Gleisbett; direkt an die
Schiene; "Blickrichtung" nach oben.
Die überstehenden Wagenkanten decken dann die Sensorfläche ab.
Damit wird frei / belegt eindeutig erkannt.
Nachteil
Bei Einsatz dieser Lösung muß
immer eine ausreichende Ausleuchtung vorhanden sein.
Bei "Nacht" zu rangieren ist nicht so nicht möglich.
Reflektionen, die unterhalb
der Wagenkästen auf den Sensor erfolgen führen zu fälschlichen
Aussagen in Bezug auf die "Kupplungsposition" (Wagenkupplung).
Wenn solches auftritt müssen entweder tieferliegende Wagenkästen
verwendet werden oder der Lichteinfall anderweitig unterbunden
werden.
Zur Erkennung der Position dürfen die Züge nur langsam über die
Erfassungsstelle fahren.
Fazit
Der Nutzer muß sich die für ihn und seinen Ablauf beste
Lösungsvariante aussuchen und einsetzen.
Meine Realisierungsumsetzung
Ich setze einen SX - Besetztmelder
mit einem IR - Vorsatz ein.
Der IR - Vorsatz erlaubt mir im
Zusammenwirken mit dem IR - Transistor die Fahrzeugposition zu
erkennen.
Diese Erkennung ist hinreichend genau, so daß ich auf die oben
diskutierten speziellen Rad - Schiene Besetztmeldungen
verzichte.
Es kommt in dem Gleisbereich (Block) ausschließlich die
allgemeine Belegungserkennung für Gleisabschnitte
(Besetztmeldungen) zum Einsatz.
Die Auswertung erfolgt pro IR - Transistor auf der Basis der
unterschiedlichen Beleuchtungsstärke (frei -
Abdeckung durch Fahrzeug) durch einem µ Processor.
-- Nähere Angaben zu dem Vorsatz, der Schaltung
sowie der Platine gibt es in
einem
eigenen Beitrag unter "Elektr. Entw." . --
Im Modellbahn - Softwareprogramm binde ich
diesen "Positionsmelder" in den betrieblichen Ablauf mit ein,
analog zu einem Haltmelder in einem Block.
HINWEISE zu mit
* markierten Worten
Alle Firmenbezeichnungen /
Firmennamen; Produktbezeichnungen / Produktnamen stellen keine
Werbung oder Empfehlung dar, sondern beschreiben nur die in diesem
Projekt individuell und subjektiv ausgewählten Produkt -
Hersteller bzw. Lieferanten als auch deren verwendeten Produkte
zur Anschauung, Darstellung und Beschreibung des eigentlichen Projekt
- Inhalts.
Analoges gilt auch für die eingetragenen
Links (s. hierzu Distanzierung auf der Link-Seite).
Der Leser soll selbst auf dem Markt
recherchieren und für seine Bedürfnisse selbst entscheiden welches
Produkt er einsetzen will und wo er sich dieses beschaffen möchte.
In dieser Veröffentlichung verwendete
Produktnamen / Produktbezeichnungen sind von / durch den einzelnen
Hersteller(n) geschützt. Ihre Nutzung dient lediglich zur
Kennzeichnung / Beschreibung des Produktes selbst.
Analoges gilt für die erwähnten
Firmenbezeichnungen / Firmennamen.
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