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GBM_BASIS
Gleisbelegtmeldung nach dem Prinzip eines "StromfĂŒhlers".
Einfacher Aufbau auf einer Lochrasterplatine.
ZunÀchst als reine "Besetztanzeige".
"Elektronik-Freaks" sei schon an dieser Stelle gesagt:
Diese Schaltung lĂ€ĂŸt in Verbindung mit einer Microprozessor-Steuerung keine WĂŒnsche mehr offen!

Gleisbelegtmeldung

Eine Kernaufgabe bei der elektronischen Steuerung der Modellbahn besteht darin, zu wissen, welche Gleise belegt sind. Hier stellen wir eine Gleisbelegtmeldung vor, die in der Basisvariante einfach ist und sich fĂŒr weitergehenden Aufgaben erweitern lĂ€ĂŸt.

GrundsĂ€tzlich stoßen alle, die sich mit dem Gedanken an die Automatisierung einer Modelleisenbahn oder die "AufrĂŒstung" auf die Digitaltechnik ĂŒber kurz oder auf die Frage nach einer Gleisbelegtmeldung.

Zwei Kernaufgaben gibt es in Zusammenhang mit der Steuerung von Modelleisenbahnen auf elektronischer Basis:

  • Meldungen zu bekommen, wenn Gleisanschnitte besetzt sind und
  • SchaltvorgĂ€nge durch die ZĂŒge auszulösen
Kontaktloses Messen mit StromfĂŒhler

FĂŒr diese Aufgaben gab und gibt es viele verschiedene LösungsansĂ€tze und das auch schon lange, bevor die Digitalsteuerungen auf den Modellbahnen Einzug gehalten haben. Hier soll eine kleine Schaltung vorgestellt werden, die nach dem Prinzip eines "StromfĂŒhlers" feststellt, wenn ein Gleisabschnitt von einer Lok oder einem stromaufnehmenden Waggon belegt ist. Dabei ist es gleichgĂŒltig, ob der Zug fĂ€hrt oder steht, d. h. ob Fahrspannung anliegt oder nicht. Am Ausgang der Schaltung steht ein Signal zur VerfĂŒgung, welches auf unterschiedlichste Art und Weise nutzbar ist. Damit können Transistoren angesteuert werden, mit einer Treiberstufe Relais geschaltet werden und das Signal kann auch durch nachgelagerte Microprozessorsteuerungen o. Ă€. ausgewertet werden.

BewÀhrte Lösung mit Standardbauteilen

Auf Basis dieser Gleisbelegtmeldung (GBM) habe ich bereits alle oben aufgefĂŒhrten Steuerungs- und Überwachungsaufgaben gelöst. Da die Schaltung mit preiswerten Standardbauteilen auskommt und sehr einfach auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden kann, dĂŒrfte auch den auf dem Gebiet der Elektronik weniger Versierten Modellbahnern der Nachbau und der Einsatz möglich sein.

Funktionsprinzip der Schaltung

Die BasisĂŒberlegung beim Entwurf dieser Schaltung war, das dort wo Strom fließt an Verbrauchern auch eine Spannung abfĂ€llt. So basieren Schaltung mit traditioneller Technik z. T. darauf, das in die Zuleitung zum Gleis eine Relaisspule gesetzt wird, die beim Durchfahren des Gleisabschnittes durch den dann fließenden Strom das Relais zum Anziehen bringt. Meine Schaltung nutzt den Spannungsabfall an einer Diodenstrecke zur Detektion. Dieser Spannungsabfall betrĂ€gt nur ca. 0,7 V und nimmt so auch quasi keinen Einfluß auf die an den Gleisen anliegende Fahrspannung. Immer dann, wenn in den Gleisabschnitt GÜ eine Lok oder ein stromaufnehmenden Waggon einfĂ€hrt, fließt der Fahrstrom ĂŒber die aus D1 und D2 bestehende Diodenstrecke. Wenn man mit einem Multimeter an den Punkten A und B mißt, kann man dort die schon erwĂ€hnte Spannung von ca. 0,7 V feststellen.

Eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode lĂ€ĂŸt den Strom durch, zwischen ihren Enden entsteht jedoch ein Spannungsabfall. je nach Typ der verwendeten Diode hat dieser Spannungsabfall eine konstante GrĂ¶ĂŸe. Ich verwende die Leistungsdiode 1 N 4001, bei der der Spannungsabfall ca. 0,7 V betrĂ€gt. Eine angelegte Fahrspannung erzeugt also eine Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und B. Wird eine Fahrspannung so angelegt, das die Diode D1 den Strom durchlĂ€ĂŸt, so ist Punkt A um 0,7V positiver als Punkt B. Bei anders gepolter Fahrspannung ist es bei D2 genau umgekehrt (Zwei-Richtungsverkehr also möglich). Das Prinzip funktioniert auch bei kleinster Spannung. Daher speisen wir in die Überwachungsabschnitte zusĂ€tzlich zur Fahrspannung eine sogenannte Überwachungsspannung ein. Diese ist durch den Widerstand RÜ zu klein, als das ZĂŒge damit fahren könnten, aber ausreichend, um soviel Strom ĂŒber die Diodenstrecke fließen zu lassen, das wir die meßbare Spannungsdifferenz bekommen. Teil 2 der Aufgabe besteht nun darin, diesen Spannungsabfall irgendwie zu messen und auszuwerten. Dazu benutze ich einen OperationsverstĂ€rker (OV). Dieser ist in der Lage, derartige Spannungsdifferenzen wie in unserem Beispiel zwischen Punkt A und B zu messen. Der OV wird dabei so beschaltet (R1/R2 und R3), das er zwischen den beiden, sich ergebenden ZustĂ€nden:

  • Im Gleisabschnitt wird kein Strom aufgenommen, d. h. keine Differenz zwischen A und B = Gleis ist frei
  • Im Gleisabschnitt wird Strom aufgenommen, d. h. Differenz von ca. 0, 7V zwischen A und B = Gleis ist besetzt

eindeutig unterscheidet.

Am Ausgang des OV bekommen wir dann je nach Zustand eine entsprechende Meldung. In unserem Beispiel wird mittels R5 und LED1 der Zustand optisch angezeigt.

Aufbau auf einer Lochrasterplatine

Damit man die Schaltung nicht vollstĂ€ndig mit DrĂ€hten "verkabeln" muß, habe ich mir eine Lochrasterplatine gesucht, auf der alle Bauteile so plaziert werden, das nur noch wenig DrahtbrĂŒcken erforderlich sind und nur der Eingang und der Ausgang der Schaltung mit DrĂ€hten auf eine Anschlußbuchse gefĂŒhrt werden mĂŒssen. Diese Anordnung erlaubt auch einen einfachen und rationellen Nachbau. Auf die Lochrasterplatine passen insgesamt 12 GBM. Alle Ein- und AusgĂ€nge sowie die Spannungsversorgung habe ich in s. g. FĂ€deltechnik auf eine Steckerleiste gefĂŒhrt. So kann ich problemlos auch eine komplette Platine austauschen und ĂŒber die Steckerleiste auch mit unterschiedlichen, anderen Baugruppe verbinden. Ich habe z. B. die Relais ebenfalls separat auf einer Lochrasterplatine untergebracht. Die Basisvariante sieht so aus:

Zeichnung: RĂŒdiger BĂ€cker

Zu beachten ist insbesondere der auf der Lötseite untergebrachte Widerstand. Ansonsten paßte alles gut auf die BestĂŒckungsseite, auf der auch lediglich 2 DrahtbrĂŒcken untergebracht werden mußten. Wer sicher ist, nur die optische Anzeige zu benötigen, kann auch den Vorwiderstand fĂŒr die LED noch unterbringen.

Was kann ich damit machen?

Im Moment ist die Möglichkeit einer optischen Anzeige gebeben. Die AusgÀnge können aber auch genutzt werden, um die Belegtmeldung an ein Mikropozessorsystem weiterzugeben. Da gibt es ja inzwischen auch viele, sehr einfach zu "programmierende" Systeme. Ein Beispiel ist das C-Control-System von Conrad-Elektronik.

Digitaltauglich?

So, wie die Schaltung im Moment aufgebaut ist, kann sie mit Digitalsystemen nicht direkt eingesetzt werden. Es sind zusĂ€tzlich Optokoppler erforderlich, um z. B. die RĂŒckmelder fĂŒr den s88-Bus oder die Loconet-RĂŒckmelder von Uhlenbrock anzusteuern. Falls jemand eine ErgĂ€nzungsschaltung entwerfen will oder das schon gemacht hat, veröffentliche ich das hier gerne.