Jens Mohr

Ingenieur  +  Betriebswirt
 

... das (H0) Modellbahnprojekt
St. Margareten 

 



 

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Jens Mohr
83224 Grassau
(Chiemsee/Achental)

 

 


Modellbahn - Lokschuppentore


Vorwort

Lokschuppen sind Bestandteil eines Bahnbetriebwerks, so auch auf meiner Modellbahnanlage.
Die spannende Frage bleibt ... mit oder ohne sich öfnende Tore.

Erst machdem ich durch längeres Überlegen eine für meine Bedürnissse gute technische Lösung zum Schließen / Öffnen der Tore mittels eines Servos gefunden hatte, habe ich mich auch für die "beweglichen Tore" entschieden.

 

 



-- der Leser findet am Schluß der Hardware - Beschreibung einige Hinweise hierzu --


Prinzip der Torbewegungen

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 ---

 

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

 

 

 

 


 

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  --

  1. 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

       
  2. 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. --

     
  3. 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 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 angebracht.


Fazit

Der Nutzer muß sich die für ihn und seinen Ablauf beste Lösungsvariante aussuchen und einsetzen.

 

Realisierungsumsetzung


Da ich aus technischen Gründen sowieso einen Optokoppler - Vorsatz vor dem Besetztmelder einbauen muß, habe ich diesen in einer erweiterten Ausbaustufe so ausgeführt, daß er neben den ursprünglichen 8 Gleisabschnitte noch weitere 4 überwachen kann.

Zur Positionserkennung habe ich auf dem Vorsatz zusätzliche Eingänge geschaffen an die ein Rad - Schiene Sensor oder wahlweise ein IR Sensor angeschlossen werden kann.
-- Die oben gezeigten 2 IR Sensoren werden auf der Anlage direkt in Reihe geschaltet, was einer UND Funktion entspricht. Zur Auswertung gelangt das Ergebnis: beide aktiv ( = frei) bzw. min. 1 inaktiv (= belegt) --

Diese Flexibilität erlaubt es die oben diskutierten Varianten im Modellbahn - Alltag mit einem Vorsatz umzusetzen.

Die Positionserkennung erfolgt auf dem Optokoppler - Vorsatz und somit wird pro Position nur 1 Meldereingang beim Besetztmelder benötigt wird.

Im Softwareprogramm muß kein zusätzlicher Aufwand zur Positionsermittlung betrieben werden.

Dieser Melder kann als Halteposition Verwendung (TC* - Haltemarkierung) finden und als "Signal" zur Entkupplung (Trennung) herangezogen werden.

 -- Die Schaltung und Platine sind in einem eigenen Beitrag unter "Elektr. Entw." beschrieben. --

 


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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.

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