Vorbemerkung
Die digitalen Systeme
benötigen zur Steuerung eine "Ortsbestimmung", um den Zustand "Zug
SOLL dort" sein und "Zug IST hier" in Übereinstimmung bringen zu
können
Eine Möglichkeit -- und diese soll hier
diskutiert werden -- ist die IST Erfassung mittels der Belegung
von Gleisabschnitten.
Hinweise:
Gerne beantworte ich Ihnen Ihre speziellen Anfragen
zu diesem Themenkreis per eMail.
Mit anderen Methoden der Identifikation lassen sich auch andere
Verfahren aufbauen.
Erfassungsprinzip
Stromfluß - Erkennung
Im Modellbahnerkreisen werden
zwei "Prinzipien" mit den folgenden Begriffen beschrieben ....
- Stromleiter - Prinzip
- Masse - Prinzip
Der erste Begriffe stammt aus der Welt der
"2 Leiter - Fahrer" und damit primär aus dem DCC Bereich.
Man versteht darunter, daß der Strom der zu einem Verbraucher,
z.B. Lok- Dekoder / Motor fließt über einen Melde-Dekoder geführt
wird, der den Stromfluß erkennt.
Stromfluß vorhanden == Gleis belegt ==
Melde-Block belegt;
für die Freimeldung gilt die inverse Betrachtung.
Der zweite Begriff wurde von der "3 Leiter -
Fraktion" gebildet und ist damit den Produkten aus dem Hause
Märklin zuzuordnen.
Im Gegensatz zum 2 Leiter wird bekanntlich ein Mittelleiter als
eine Stromschiene verwendet und die beiden Außengleise als die
andere, zweite Stromschiene ("Rückleiter").
Je nach Märklin - Gleistyp sind diese beiden Außengleise elektrisch
miteinander verbunden oder auch nicht.
Sind sie elektrisch miteinander verbunden, wie beim alten M-Gleis,
so bietet Märklin hierfür extra Schaltgleise an.
Vom Grundsatz her, verbindet das Rad / die Achse immer die beiden
Außenschienen oder der Schleifer (Mittelleiter) betätigt einen
Stellhebel, der einen Kontakt schaltet, dessen einer Pol mit dem
Potential des Außenleiters verbunden ist.
Sind die beiden Außenschienen elektrisch von
einander getrennt, so wird nur eine der Außenschienen als Gegenpol
an die Stromversorgung (Zentrale / Booster) angeschlossen.
Die andere Außenschiene kann als "Meldeschiene" verwendet werden.
Märklin hat seinerzeit das Potential am
Außengleis als "Masse" tituliert, so daß entweder der
Schaltkontakt oder das Rad / die Achse (als Schalter wirkend) die
"Masse", welche man dann zum Schalten eines Relais o.ä. verwenden
kann bereit stellt.
In digitalen Systemen führt man diese
"Masse" -- vom Schaltkontakt oder von der "Meldeschiene"
-- zu einem Dekoder, der eingebaut (oder separat) hochohmige
Widerstände hat und über diese wird die "Masse" an das Potential
des Mittelleiters angeschlossen.
Funktion:
Wird der Schaltkontakt oder die Meldeschiene mit "Masse"
beaufschlagt kommt auch hier ein Stromfluß zustande, der erkannt
und ausgewertet wird.
Fazit:
Defacto besteht zwischen den beiden
Prinzipien kein Unterschied.
"Magnetisches Prinzip"
Wurde im vorgenannten Prinzip die
Erkennung aufgrund von einer Rad / Achse - Kontaktgabe bzw.
Schleifer - Kontaktgabe ausgelöst, so beruht diese
Erkennungsmethode auf der Ausnutzung (Auswertung) eines
magnetischen Feldes, welches durch einen Permanentmagneten
erzeugt wird.
Ist der Magnet an einem Fahrzeug
angebracht, so kann damit z.B. ein Reed - Kontakt in
entsprechender Entfernung geschlossen oder ein Hall - Sensor
aktiviert werden.
Beide "Sensoren" schalten wiederum einen Stromkreis ein, dessen
Stromfluß ausgewertet werden kann.
"Optisches Prinzip"
In diesem Fall übernimmt ein Photo -
Transistor die Funktion eines "Sensors". Wird der Photo -
Transistor von einer Lichtwelle im Frequenzband des Photo
- Transistors getroffen, so wird dieser leitend.
Damit kann dann ein Strom fließen, der
ausgewertet werden kann.
Eine Abdeckung (Beschattung) sperrt den Transistor > kein
Stromfluß.
Je nach Auslegung des Frequenzbandes kann
als "Lichtquelle" eine Infrarot - Diode oder auch Tageslicht /
Raumbeleuchtung zum Einsatz gelangen.
Definition
von Meldeabschnitten
Es ist offensichtlich, daß man
eine Anlage in Abschnitte unterteilen muß, damit man eine Zug /
Ort - Beziehung herstellen kann.
Anderenfalls wäre eine Steuerung mittels eines SW-Programms nicht
möglich, denn es wäre unmöglich dem System einen Startpunkt und
einen Zielpunkt bekannt zu geben. Ohne eine solche Beziehung
wiederum kann aber kein SW-Programm eine Zugfahrt ausführen.
Der Nutzer muß sich bereits in der Planung
überlegen, an welchen Stellen ein Zug ermittelt werden soll und
wie lang ein Zug max. sein wird.
Aus der Zuglänge ergibt sich die
Abschnittslänge, wenn wir davon ausgehen, daß ein Zug, wenn er in
dem Abschnitt zum Halten kommt nur diesen Abschnitt belegt und
nicht noch einen weiteren.
Diese Betrachtung hat Einfluß auf die spätere Zugfolgedichte und
somit auf den Betriebsablauf.
Jeder "Ermittlungs- oder Melde- Punkt
(Abschnitt)" kann dann später
von dem SW-Programm als Start- bzw. Ziel- Punkt (Abschnitt /
Bereich) verwendet werden.
Meldedauer
Die Dauer des Stromflusses markiert für das
SW-Programm die Belegungsdauer des Abschnitts.
Daraus folgt, der Nutzer muß sich bereits
bei der Planung darüber klar werden, wie er sicher stellt, daß der
Stromfluß eine zeitgleiche Beziehung zur Belegung aufweist.
Anders sieht es aus, wenn man solche Melder
ausschließlich zur Ansteuerung von Aktionen / Operationen
einsetzt. Dann reichen bereits zeitlich kurze Impulse aus, die
auch keinen Bezug zur Verweildauer des Zuges im Abschnitt
aufweisen müssen.
Betrachten wir die Belegung eines
Abschnittes zur "besetzt" / "frei" - Meldung, dann müssen die
Wagen beim 2 Leiter Betrieb mit sog. "leitenden Achsen"
ausgestattet sein.
Eine "leitende Achse" wird
dadurch gebildet, daß das Rad auf der einen Seite mit dem Rad auf
der anderen Seite z.B. mittels eines hochohmigen Widerstandes
elektr. verbunden wird.
Im 3 Leiter Betrieb sind die Räder von Haus
aus über die Achse elektrisch verbunden. Es bedarf hier also
keiner extra Maßnahmen.
Zuordnung der
Meldeabschnitte zu Zentrale / Booster
Wie bereits ausgeführt wird jeder
Meldeabschnitt an einen Eingang eines Melde - Dekoders
(Besetztmelders) geführt. Dieser ist dann jeweils einmal zentral
für alle Eingänge an das Gegenpotential des Gleises angeschlossen.
Werden bei größeren Anlagen mehrere
Versorgungskreise (Boosterkreise) benötigt, dann müssen die
Gleisabschnitte als auch die Besetztmelder eindeutig und immer nur
einem Boosterkreis zugeordnet werden.
An den Boostergrenzen sind beide Potentiale
des Gleises von einander zu trennen.
Für die 2 Leiter bedeutet dies, es müssen
beide Schienen an der Boostergrenze elektrisch getrennt werden.
Während innerhalb eines Boosterkreises nur eine der Schienen an
den Grenzen des Meldeabschnittes elektr. zu trennen sind.
Für 3 Leiter - Fahrer bedeutet dies, es
müssen beide Schienen PLUS der Mittelleiter an der Boostergrenze
elektrisch getrennt werden. Während innerhalb eines Boosterkreises
nur die jeweilige "Meldeschiene" elektrisch zu trennen ist.
Achtung:
Es gibt Märklin Weichen, etc. bei denen die elektr. Trennung der
Außenschienen nicht durchgeführt wurde, bei anderen liegt diese
Trennung vor.
Bei den Gleiselementen, bei denen keine elektr. Trennung vorliegt,
muß an den Grenzen zum "Fahrgleis" (Strecke) auch die Meldeschiene
jeweils vom Weichenbereich elektr. getrennt werden.
Erstellen von
Meldeabschnitten (Stromfluß - Erkennung)
Im Gleis
Die elektrische Trennung kann
mit von dem Gleishersteller lieferbaren "Isolationsstücken" an den
Gleis-Stoßstellen vorgenommen werden.
In der Praxis werden sich diese jedoch meist
nicht an der Stelle befinden, an denen eine Trennung aus
betriebstechnischer Sicht notwendig erscheint.
In solchen Fällen, so hat es sich
eingebürgert, trennt man das Gleis (Schiene; Mittelleiter) mittels
eines Werkzeuges.
Zur Darstellung der Grafik in lesbarer
Form bitte das jeweilige Bild mit der mouse anklicken !!
Getrennte Schiene
Schiene / Mittelleiter verbindet man dann
mittels angelötetem Draht (Litze) mit Zentrale / Booster bzw.
Besetztmelder.
In aller Regel erhält man beim Trennen eine
Schienenunterbrechung von 2 - 4 mm. Die Trennstellen sind zumeist
rauh und etwas scharfkantig.
Damit stellen solche Schnittstellen eine
Belastung für die Laufflächen der Räder dar; mit der Zeit werden
diese in ihrer Oberfläche angegriffen und unrund.
Dies führt zu höherer Abnutzung der
restlichen Gleisoberflächen und dann wiederum zu einer höheren
Anfälligkeit für Verschmutzungen.
Was sich aufgrund von "elektrischen
Kontaktproblemen" dann negativ auf den Betriebsablauf auswirkt.
Abhilfe:
Verfüllen und anschließendes Planschleifen /
Polieren der Trennstellen.
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Form bitte das jeweilige Bild mit der mouse anklicken !!
Trennstelle wieder elektr. isolierend geschlossen
Trennstelle geschliffen
Trennstelle poliert
Füllmaterial:
Es wird auf dem Markt unterschiedliche Materialien geben, mit
denen diese Aufgabe gelöst werden kann.
Ich habe nach einigen Test von der Fa. Clou
eingesetzt.
Langzeiterfahrungen im BetrIeb liegen (2012) noch nicht vor. Im
Testbetrieb traten keine Störungen auf. Testweise wurde ein
solches Gleis in einen Raum mit ca. 80 % Luftfeuchtigkeit über
mehrere Stunden gelegt. Es konnte keine elektrische Verbindung
nachgewiesen (gemessen) werden.
Wird eine solche Trennstelle mit einem nassen Lappen gut
durchfeuchtet, dann tritt die elektrische Isolierung zurück, das
material wird aufgrund der starken Durchfeuchtung leitend.
Nach dem Abtrocknen tritt die isolierende Wirkung wieder ein.
Im Weichenbereich / DKW - Bereich
- Märklin K-Gleis "normale Weichen / DKW"
Bei diesem Weichen- / DKW- Typ sind die Außenschienen
elektrisch verbunden, so daß die zuvor im Gleis ausgeführte
Potential / Gleis - Trennung auf gehoben wird.
Wird dieser Gleistyp in Kombination mit den K-Gleisen
eingesetzt, dann müssen beide Außenschienen elektrisch
getrennt werden.
Wird der Mittelleiter ebenfalls zur Detektion von Fahrzeugen
herangezogen, dann muß auch hier eine elektrische Trennung
Gleis <> Weiche / DKW erfolgen.
Soll eine Überwachung auf frei / belegt an diesen Weichen
erfolgen, dann muß mit Lichtschranken gearbeitet werden.
- Märklin K-Gleis "schlanke Weichen / DKW"
Bei diesem Weichen- / DKW - Typ sind die Außenschienen
wie beim Gleis elektrisch getrennt.
Bei Weichen kann eine Überwachung der Weichen nach dem
gleichen Prinzip wie beim Gleis erfolgen.
Da die Weiche allerdings in der Regel einen eigenen
Meldeabschnitt darstellt, muß zumindest eine Außenschiene
elektrisch vom Gleis getrennt werden.
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Anschluß- / Melde- Prinzip der schlanken
Märklin Weiche
Bei schlanken DKW müssen aber zum sicheren Betrieb
beide Außenschienen das Gegenpotential vom Mittelleiter
haben. Deshalb ist bei diesem Typ das gleiche Trennverfahren
wie bei der normalen DKW durchzuführen.
Zur Detektion der Fahrzeuge kann man hier allerdings auf die
elektrisch getrennten Mittelteile der DKW zurückgreifen.
Diese müssen dann jeweils über einen 10 k Ohm Widerstand an
einen gemeinsamen Besetztmeldereingang geführt werden.
Der Mittelteil der DKW bildet damit einen eigenen
Meldeabschnitt.
Die Widerstände sind notwendig, damit
durch den Schleifer der Lok bei einer Abbiegefahrt kein
Kurzschluß erzeugt wird. Der Schleifer kann kurzzeitig einen
der ansonsten elektrisch neutralen Mittelteile berühren.
Aufgrund der Räder / Achsen hat einer der Mittelteile beim
Befahren das Potential der Außenschiene UND durch die
Verdrahtung wird das Potential an ALLE anderen Mittelteile
geleitet.
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Anschluß- / Melde- Prinzip der schlanken
Märklin DKW
Erstellen von
Meldeabschnitten (Magnetisches Prinzip)
Im Gegensatz zum zuvor vorgestellten
Prinzip, bei dem ein Meldeabschnitt sich über eine größere Länge
(Gleisstrecke) beziehen kann, ist bei diesem Prinzip der
Meldeabschnitt auf einen "Punkt" konzentriert.
Aus diesem Grund ist der hauptsächliche
Einsatzfall eines solchen Melders die punktuelle, örtliche
Erfassung eines Fahrzeugpunktes zum Starten einer, dem
Melder zugeordneten Funktion / Aktion.
Erstellen von
Meldeabschnitten (Optisches Prinzip)
Auch bei diesem Meldertyp handelt es sich
um eine punktuelle, örtliche Erfassung eines Fahrzeugs.
Im Gegensatz zum "Magnetischen Prinzip" wird hier die "optische
Strecke" unterbrochen und zwar über die Länge des
Fahrzeugs oder mehrerer Fahrzeuge (Zug).
Dadurch stehen drei Einsatzfälle zur
Nutzung bereit ..
- die Erkennung des Erreichens
dieses Meldepunktes mit Fahzeugbeginn bzw. des
Verlassen dieses Punktes mit Fahrzeugende und Auslösung
einer jeweils zugeordneten Funktion.
- die Dauer der Unterbrechung, nutzbar
z.B. zur Überwachung des Passierens dieses Punktes oder für
Zeitmessungen
- das Erkennen von Fahrzeugen an den
Kupplungsstellen, sofern die Fahrzeuge nicht zu eng
gekuppelt sind. Dies kann genutzt werden z.B. zum Zählen der
Fahrzeuge oder Positionieren über einen Gleisentkuppler.
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IR Transistor zwischen den Schwellen
IR Transistor abgedunkelt und zum Einbau steckbar
ausgeführt
Hinweis:
Unter "Projekt-Realisierung > Elektr. Entwickl. >
IR-Positionserk." findet der Leser weitere Informationen über
einen optischen Sensor als Vorsatz zum Besetztmelder.
Die Abdunklung erfolgte
deshalb, damit kein Streulicht das "Meßergenis" beeinflußt.
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