Bahnübergang mit Gedächtnis

Heute zeige ich eine Schaltung für Bahnübergänge, die Wechselblinker und die Funktion der richtungsabhängigen Kontaktstrecke verwirklicht: Unabhängig davon, aus welcher Richtung der Zug kommt, wird der Wechselblinker aktiv; er erlischt aber sofort, wenn der Zug den Bahnübergang passiert hat.

Die Platine kann von unten ins C-Gleis eingesetzt werden. Ein Entfernen des Mittelleiters ist, anders als bei meinen früheren Bahnübergängen mit Wechselblinker, nicht nötig. Allerdings bieten erst Gleise von 171,7 mm Länge oder mehr die nötigen Halterungen.

Richtungsabhängige Kontaktstrecke, Teil 2

Relais sind großartig: belastbar, leicht zu verstehen, vielseitig in der Anwendung. Sie sind aber auch klobig und teuer. Meine Relaisschaltung zur richtungsabhängigen Kontaktstrecke ist so groß, dass sie in einem Gebäude neben dem Gleis versteckt werden muss. Daher arbeite ich an einer verkleinerten Alternative.

Wie schon so oft dachte ich, dass man hier mit Logikgattern ganz einfach zu einer brauchbaren Schaltung käme; und wie so oft kam am Ende etwas mit Operationsverstärkern heraus. Der LM324 erwies sich erneut als vielseitig einsetzbar.

Abgescherter Führungszapfen beim C-Gleis-Weichenantrieb

Wenn der Weichenantrieb 74491 von Märklin prellt, dann liegt das manchmal an der Weiche. Es kann aber auch ein Defekt am Antrieb die Ursache sein: Die Stellstange, die den Anker mit der restlichen Weichenmechanik verbindet, wird von einem Kunststoffzapfen geführt; falls dieser nachgibt, ist der Stellweg des Antriebs nicht mehr begrenzt.

Beim ausgebauten Antrieb ist der Schaden leicht zu entdecken, denn die Stange lässt sich nun mitsamt Anker herausziehen. Die Reparatur ist dann einfach, billig und sinnvoll, denn so lassen sich Folgeschäden an der Weiche vermeiden.

Bastelmotor von Faller

In den fünfziger Jahren produzierte die Firma Faller einen langsamlaufenden Bastelmotor, der sich radikal von allen verbreiteten Motoren unterscheidet. Ganz ohne Getriebe erzeugt er eine langsame, gleichmäßige Drehbewegung. Die Frequenz des Stromes ist ihm weitgehend egal, nur Gleichspannung funktioniert nicht. 

Einsatz fand er als Wind- und Wassermühlenantrieb oder als Taktgeber für Läutwerke und Blinklichter. Heute ist dieses nostalgische Stück Technik aber weitgehend vergessen. Ein Grund ist die geringe Lebensdauer, für die nur ein Bauteil verantwortlich ist: eine Membran, die das Drehmoment auf die Motorwelle überträgt. Wie dieser exotische Motor funktioniert und wie er sich instandsetzen lässt, erläutere ich hier.

Gleisplanberechung mit Vektoren

Unzufrieden mit der Option "Gleise automatisch verbinden" bei Wintrack, die sehr selten ein brauchbares Resultat liefert, und genervt vom umständlichen Rechnen mit Sinus und Cosinus ging ich dazu über, Gleisfiguren mit Vektoren zu berechnen. Anstatt jedesmal einzeln die trigonometrischen Funktionen anzusetzen, kann man mit Vektoren nach Schema F rechnen.

Natürlich rechnet man nicht selbst, sondern überlässt das dem Rechner. Eine Tabellenkalkulation liefert für jede Gleisfigur die gewünschten Daten. Zusammen mit den praktischen Längentabellen von bogobit.de findet man schnell alle sinnvollen Kombinationen für den gewünschten Gleisplan heraus.

Analoge Servosteuerung

Schon oft habe ich mir überlegt, ob sich eine Servosteuerung nicht auch analog umsetzen ließe. Ursprünglich wollte ich damit Zeit und Kosten sparen, doch mittlerweile gibt es so günstige Arduinos, dass die analoge Lösung einen Mehraufwand darstellt. Andererseits reizt mich die Herausforderung.

Nach einigen Experimenten habe ich nun eine funktionierende Servosteuerung. Sie ist unkompliziert in der Handhabung und die Servobewegung ist ruckfrei. Lediglich gegen das Zucken der Servos beim Einschalten muss ich noch etwas unternehmen.

Richtungsabhängige Kontaktstrecke, Teil 1

Für Bahnübergänge gibt es keine einfachere und bequemere Steuerung als das Kontaktgleis. Die Lage der Trennstellen muss man sich allerdings gut überlegen. Lässt man die Kontaktstrecke erst kurz vor dem Bahnübergang beginnen, ist der Zug schon da, ehe sich die Schranken vorbildgerecht langsam gesenkt haben. Verlängert man die Kontaktstrecke nun, bleibt der Bahnübergang auch dann noch geschlossen, wenn der Zug schon längst vorbei ist.

Bei Richtungsgleisen lässt man daher die Kontaktstrecke einfach unmittelbar nach dem Bahnübergang enden. Auf eingleisiger Strecke oder im Gleiswechselbetrieb funktioniert das aber nicht. Zeit also für eine kleine Relaisschaltung.

Wie ein Doppelspulenantrieb funktioniert

Für die Wirkungsweise eines Doppelspulenantriebs gibt es viele Erklärungen, die praktischerweise auch dem Laien verständlich scheinen. Unpraktischerweise decken sich nicht alle von ihnen mit der Realität.  Manchmal möchte man die Dinge etwas genauer verstehen und beispielsweise wissen, warum die Weichenantriebe ihre Eigenheiten haben - und welche Abhilfe möglich ist, falls diese sich als unerwünscht herausstellen.

Hier gibt es also ein wenig Physik für die, die Ahnung haben wollen, ohne gleich ein Elektrotechnikstudium zu betreiben:

Schaltungstricks mit bistabilen Relais

Manchmal hat man nicht das passende Relais zur Hand. Bistabile Relais gibt es in zwei Ausführungen: ein- und zweispulig. Erstere werden auch als polarisiert bezeichnet. Mit den hier gezeigten Schaltungen ist es möglich, ein einspuliges Relais durch ein zweispuliges zu ersetzen und umgekehrt.

Standardtypen, die ich verwende, sind übrigens das AGQ2104H von Panasonic und die AZ850-Familie von Zettler. Wegen des großen Betriebsspannungsbereiches eignen sich vor allem das AZ850P1-12 (einspulig, 9 bis 34,8 Volt) und das AZ850P2-12 (zweispulig, 9 bis 24 Volt) für die Modellbahn.

Stromstoßschalter selbstgebaut

Letztes Jahr stellte ich hier eine Schaltung vor, mit der ich im Nachhinein sehr unzufrieden bin. Mit nur einem Taster wurde eine Weiche gestellt. Möglich macht dies ein Stromstoßschalter, der bei jeder Betätigung zwischen zwei Zuständen wechselt. Um einen besseren Schutz gegen das Durchbrennen des Weichenantriebs zu verwirklichen, wurde ein neuer Entwurf benötigt.

Für Stromstoßschalter gibt es durchaus noch mehr Anwendungen. Wenn man eine Schaltfunktion von verschiedenen Orten aus auslösen will, erlauben sie eine einfache Verdrahtung. Es sind nur ein Draht und ein Taster zum Ein- und Ausschalten nötig. Mit Relais aus dem Elektronikversand sind sie auch für einen größeren Betriebsspannungsbereich anwendbar als der alte Entwurf auf Basis eines Fahrtrichtungsumschalters von Märklin. Hier stelle ich zwei solcher Stromstoßschalter vor.

Weichenbedienung mit Schaltern

Wer mehrpolige Schalter zur Weichenbedienung einsetzt, kann mehrere Schaltfunktionen mit einem Handgriff auslösen. Da wird beispielsweise in Abhängigkeit vom gewählten Fahrweg ein Abstellgleis stromlos geschaltet, ein Herzstück polarisiert oder ein Signal bedient.

Leider ist diese Beschaltung für Weichenantriebe nicht gesund. Wenn sie keine Endabschaltung haben, werden sie nach kurzer Zeit durchbrennen. Das kann auch mit Endabschaltung passieren, wenn die Stellmechanik klemmt. Aus diesem Grund zeige ich hier fünf Möglichkeiten, den Strom mit Kondensatoren zu begrenzen. Als willkommener Nebeneffekt kann der Trafo teilweise entlastet werden. Für automatisierte Anwendungen denkt man sich den Schalter durch ein Relais ersetzt.

Überarbeiteter Weichenantrieb von Märklin

Seit Kurzem ist von Märklin unter der alten Artikelnummer 74491 ein weiterentwickelter Weichenantrieb erhältlich. Obwohl der Antrieb mit seinen Vorgängern beliebig austauschbar ist, lohnt sich ein genauer Blick, denn die Veränderungen sind umfassend. Sie betreffen sowohl den elektrischen als auch den mechanischen Teil.

Besonders interessant ist natürlich die Schutzbeschaltung der Endschalter. Werden diese nun länger halten als vorher? Einen neuen Dauertest werde ich nicht durchführen, doch Messungen mit dem Oszilloskop erlauben eine Prognose.

SMD-Gleisdreieckautomatik

Nachdem sich die Gleisdreieck-Automatik als praktisch erwies, entwarf ich eine verkleinerte Variante, die sich direkt ins Gleisbett einfügen lässt wie ein Decoder. Statt des klobigen Relais kam wieder eine Schaltung mit Operationsverstärkern zum Einsatz.

Zu den Vorteilen gehört, dass auf die teuren Schaltgleise nun doch verzichtet werden kann. Kontaktgleise reichen zum Ansteuern, doch wer Schaltgleise vorzieht, kann auch diese verwenden. Der Diodentrick wurde ebenfalls berücksichtigt. Die benötigten Dioden sind auf der Platine untergebracht.

Ampelsteuerung mit Operationsverstärkern

Abseits der Gleise lassen sich mit Lichteffekten Akzente setzen. Eine ampelgeregelte Kreuzung gehört dazu. Nachdem ich schon gezeigt habe, wie die Ansteuerung einer Ampel für Bahnübergänge aussieht, erweitere ich das Prinzip auf eine komplette Kreuzung. 

Dies könnte eine Alternative sein für alle, deren Budget durch Fallers Ampelsteuerung 161655 etwas zu sehr strapaziert würde. Die Materialkosten liegen nämlich unter 5 €. Mir ging es aber nur darum, ein Beispiel für die Mächtigkeit von Operationsverstärker-Schaltungen zu liefern.

Erste kleine Gleisplansammlung

Bei der Anlagenplanung kommt man immer wieder in Situationen, wo man mit Kenntnis des Gleisrasters allein nicht weiterkommt. Kehrschleifen, Gleisdreiecke und Kreuzungen benötigen etwas mehr Bereitschaft zum Ausprobieren. Ein paar nützliche Gleisfiguren habe ich hier gesammelt. Ein Kästchen im Plan entspricht übrigens stets 10 cm.

Papier ist bekanntlich geduldig, Gleisplanprogramme auch, je nachdem wie man die Toleranzen einstellt. Die Winkel stimmen in den folgenden Gleisplänen alle. Wenn es in Länge oder Breite Abweichung von mehr als 1 mm gibt, habe ich dies vermerkt. Winkelfehler, die sich durch die Korrektur der Abweichung ergeben, lassen sich vernachlässigen.

Einsatz des Memory-Decoders

Der Eigenbaudecoder bietet mit Brawas Signalen viele neue Möglichkeiten. Je nach gewählter Firmware können zwei- und dreibegriffige Signale sowie Relais geschaltet werden.

Ein Konfigurieren des Decoders über CVs ist nicht möglich. Entweder man bestellt sich den PIC bereits mit der gewünschten Firmware bei Sven Brandt oder man schafft sich einen Programmierer (PICkit o.ä.) an. Ich bevorzuge ersteres.

Umbau eines Lokschuppens

Der Lokschuppen ist ein Relikt aus jener fernen Zeit, als ich dachte, dass ein einständiges Exemplar meinen Ansprüchen genügen würde. Damals experimentierte ich zum ersten Mal mit Nitinoldrähten und wollte mit diesen einen Torantrieb bauen.

Herausgekommen ist ein voll teppichbahntauglicher Lokschuppen mit verschiedenen digital schaltbaren Lichtfunktionen und einem ebensolchen Torantrieb. Nur Nitinoldrähte wird man darin vergeblich suchen.

Zweigleisige Gleiswendel

Auf Anregung des Extrem-Teppichbahners Soulman entwarf ich eine zweigleisige Wendel. Die vorhandene eingleisige Konstruktion ließ sich glücklicherweise anpassen.

Bislang habe ich zwei Pfeiler geschnitten. Da die neue Wendel mit der eingleisigen Variante viele Gleichteile hat, werde ich vorerst auf den Bau eines kompletten Exemplars verzichten. Wer sich ein solches lasern will, findet die vollständige Schneidvorlage im Downloadbereich

Decoder für Memorydraht-Antriebe

In den Neunziger Jahren produzierte die Firma Brawa Signale und Bahnübergänge mit dem sogenannten Memory-Antrieb. Sie bewegen sich vorbildnah langsam und außerdem sehr leise. Leider sind sie mittlerweile aus dem Sortiment verschwunden.

Zum Betrieb war ein spezieller Trafo mit 1,1 V Ausgangsspannung nötig. Für den Digitalbetrieb hätte man einen teuren Relaisdecoder benötigt. Dieser Aufwand dürfte viele Kunden abgeschreckt haben. Dass es auch einfacher geht, zeige ich mit einem Decoder auf Basis des bekannten WeichZwei.

Reparatur einer Weichenmechanik

Obwohl die Mechanik der C-Gleis-Weichen recht robust ist, kommt es gelegentlich zu Ausfällen. Dies passierte bei beiden Exemplaren aus dem Weichenantriebs-Dauertest. Auch Bröselgleis kann betroffen sein.

Antrieb, Totpunktfeder und Stellfeder sind über einen scheibenförmigen Umlenkhebel miteinander verbunden. Dessen Drehzapfen kann nach langer Beanspruchung brechen. Anstatt neue Weichen zu kaufen, setzte ich neue Drehzapfen und Kugellager ein. Die Reparatur spart Geld und dauert nicht lange.

Schlanke DKW fürs C-Gleis: Fertigstellung

Die schlanke DKW ist nun fertig und erprobt. Sie dient nun als Zufahrt zu meinem Bahnhof.

In diesem Eintrag beschreibe ich die Elektronik, die überarbeitete Laterne und die Ergebnisse des Probebetriebes.

Gleisdreieck-Automatik

Das Gleisdreieck ist eine preisgünstige Möglichkeit, Lokomotiven zu wenden. Wenn es nur in eine Richtung befahren werden soll, können Rückfallweichen verwendet werden. Mein Gleisdreieck ist jedoch so in den Gleisplan eingebunden, dass es in beide Richtungen befahrbar sein muss.

Während zwei Weichen digital gesteuert werden, habe ich für die dritte eine kleine Automatik gebaut. Über Schaltgleise und ein Relais wird der Weichenantrieb betätigt. Ich muss nun nicht mehr eingreifen.

Der Operationsverstärker, Teil 3

Im dritten Teil der Operationsverstärker-Serie geht es um Gegenkopplung. Mit ihr kann man Schaltungen bauen, die einer vorgegebenen Spannung folgen, und man kann Mathematik betreiben: Spannungen können nun addiert, subtrahiert, integriert oder differenziert werden.

Ich werde nur einen kleinen Teil der vielen OPV-Beschaltungen mit Gegenkopplung vorstellen, nämlich diejenigen, für die es auch einen einfachen Einsatzzweck auf der Modellbahn gibt.

Der erste Jahresrückblick

Liebe Leser,

ein Jahr gibt es meinen Blog nun schon. Zeit, Rückschau zu halten auf das, was seither passiert ist. Mein Vorhaben war es, eine Sammlung von Um- und Eigenbauten für die Modellbahn zu zeigen. Das entwickelte rasch ein Eigenleben, als ich dazu überging, Diskussionen im Stummiforum als Anlass für neue Projekte zu nehmen.

Am meisten Aufmerksamkeit erregte der Artikel zum verbesserten C-Gleis-Weichenantrieb. Ein Umstand, mit dem ich nicht ganz zufrieden bin - es gibt genug erfolgreiche Projekte hier zu finden, wieso stürzen sich alle auf das mit unklarem Ergebnis? Wie dem auch sei, ich muss wohl meine Versuche fortsetzen, und dazu komme ich voraussichtlich im März oder April.

Und da wäre noch die schlanke DKW, die noch immer auf ihren Decoder wartet. Nachdem es mir nicht gelungen ist, das Digitalsignal direkt mit einem Arduino zu empfangen, werde ich doch wieder auf eine Mischkonstruktion aus Arduino und Hilfsdecoder (oder Decoder und Hilfsarduino?) zurückgreifen.

Mein Wunschprojekt wäre eine Multiprotokoll-Bibliothek für den Arduino, die es erlaubt, ihn direkt digital anzusteuern. Aber mir liegt eher die Hardware. Ich werde bei der Software in Zukunft wohl auf die Entwicklungen von Rudy zurückgreifen.

Gerade bei den Operationsverstärkern merkte ich, dass ich viel Zeit brauche, um die wesentlichen Zusammenhänge darzustellen. Schließlich will ich nicht nur ein paar Bauanleitungen darbieten, sondern auch Wissen vermitteln.

Von daher wird es Updates nur noch im zweiwöchigen Rhythmus geben, allerdings habe ich mir zum Ziel gesetzt, auch mindestens zwei abgeschlossene Projekte pro Monat zu präsentieren. Hier ist schon mal ein Ausblick auf kommende Projekte.

Nahe Zukunft (Februar, März):

• Decoder und Fertigstellung der schlanken DKW
• Weichenautomatik für ein Gleisdreieck
• Ampelsteuerung

Spätere Projekte (Sommer):

• Neue Variante des Weichenantriebs mit optischer Lageüberwachung
• Servostellpult auf Arduino-Basis
• DKW-Laterne mit geätzter Haube

In Zukunft würde ich mich über etwas mehr Feedback freuen. Also wenn jemand etwas nachbaut, dann wüsste ich gerne davon, um einzuschätzen, welche Projekte auf das größte Interesse stoßen und wo es Schwierigkeiten beim Nachbau gibt.

Der Operationsverstärker, Teil 2

Im zweiten Teil der Operationsverstärker-Serie geht es um Mitkopplung und die dadurch ermöglichten Schmitt-Trigger. Sie erlauben es, Schaltungen mit Gedächtnis zu bauen, die bestrebt sind, ihren aktuellen Zustand beizubehalten.

Ab hier wird übrigens die Betriebsspannung U_B nicht mehr für jeden OPV eingezeichnet. Dadurch werden die Schaltpläne etwas übersichtlicher. Ein Pfeil nach oben steht für die Betriebsspannung, ein waagrechter Balken für 0 V.

Der Operationsverstärker, Teil 1

Operationsverstärker, kurz OPV, sind sehr vielseitige Bauelemente. Mit ihnen kann man sowohl einfache Schaltaufgaben erledigen, als auch Oszillatoren, Verstärker oder gar analoge Rechenschaltungen aufbauen. Da sie auch sehr günstig zu haben sind - ein LM324, der vier OPV enthält, kostet weniger als 0,20€ - liegt es nahe, sie für den Modellbahneinsatz zu nutzen.

Bislang habe ich nur eine Blinkschaltung und eine Schlusslicht-Abschaltautomatik vorgestellt. Bevor ich weitere Anwendungen zeige, gibt es erstmal eine Einführung in die Grundlagen, und zwar im Bezug auf die Aspekte, die für die Modellbahn wichtig sind. Als Universaltypen nutze ich dabei den LM324 und den LM358.