Hallo zusammen,
Diesmal möchte ich den Selbstbau unserer Signalanlage vorstellen.
Die Signale auf unserer Anlage habe ich selbst gebaut, und zwar nicht nur die Lichtmasten und Signalbrücken auf der Oberseite, sondern auch die Signalelektronik mit den Relais für die Zugbeeinflussung, die unter der Anlagenplatte montiert wird. Das ist nicht nur wesentlich kostengünstiger als die entsprechenden Produkte der Moba-Hersteller (Bauteilkosten etwa 15 - 20 Euro pro Einheit), sondern erlaubt auch die Realisierung von so mancher Zusatzfunktion wie zum Beispiel:
- Funktioniert im analogen wie auch im digitalen Fahrbetrieb.
- Elektrische Kompatibilität mit den handelsüblichen Moba-Signalen.
- Auslösung durch Reed-Kontakt, Hall-Sensor oder sonstige Halbleiter-Ausgänge (Open-Collector)
- Bremsstrecken nach unterschiedlichen Digitalprotokollen (Märklin, DCC, ABC etc.) sowie auch im AC-Analogbetrieb.
- Verzicht auf isolierte Übergangsgleise am Anfang und am Ende des Haltebereichs vor dem Signal.
- Freie, auch nachträgliche Veränderlichkeit des Nothalt-Punktes vor dem Signal.
- Elektronisches Auslesen des Signalstatus.
- Flexible Ansteuerung von LED-Kombinationen im Signalmast.
- Eine Funktionserweiterung für die Durchfahrt von Zügen in Gegenrichtung und für das regelgerechte Anhalten von Mehrfachtraktionen ist auf einfache Weise möglich. Dazu aber ein andermal mehr.
So also sieht die Signalbrücke auf der Anlage aus, die im vorliegenden Fall von zwei unabhängigen Signalen gesteuert wird, und zwei Haltestrecken kontrolliert:
Ich werde nun zunächst erst kurz beschreiben, wie das Signal funktioniert, und dann weiter unten auf den konkreten Zusammenbau der Schaltung eingehen.
Jedes Signal auf der Anlage besteht aus dem LED-Lichtmast (oder einer LED-Tafel auf einer Signalbrücke) und einer Steuerbox, die unter der Anlagenplatte montiert wird. Diese hat insgesamt 14 Anschlußklemmen (manche Leitungen sind aber mehrfach herausgeführt), Die Steuerbox enthält zwei Miniaturrelais (ein mono- und ein bistabiles) sowie diverse Dioden, Widerstände und Kondensatoren. Der Schaltplan, bitte nicht erschrecken, ist dieser:
Habe den Plan so gezeichnet, dass daraus auch ungefähr die Lage der einzelnen Komponenten bzw. Relaisanschlüsse auf der Platine hervorgeht.
Halt- und Fahrtstellung: Relais 1 (links) ist ein bistabiles, es dient ganz normal zum Schalten des Fahrstroms ("B" wird dazu über Kontaktpaar K21-K23 mit "B1" verbunden (hp1) oder auch nicht (hp0). Dieser Ausgang liefert den Fahrstrom für den isolierten Haltebereich vor dem Signal. Außerdem sind Anschlüsse für die LEDs im Signalmast vorgesehen: Lhp1 und Lhp0, die -18 V Gleichspannung abgeben. Der Betriebsstrom für die Relais und die LEDs werden intern über die Diode D1 und den Kondensator C1 erzeugt. Wichtig: die LEDs im Signalmast benötigen hier eigene Vorwiderstände von etwa 1,5 bis 5 Kiloohm und werden mit dem Pluspol (Anode) an die Gleismasse gelegt.
Die Bremsfunktion ist im Prinzip ganz ähnlich zu den bekannten Bogobit-Bremsmodulen. Wenn das Signal auf "Halt" steht, wird über das Kontaktpaar K31-K32 von Relais 2 sowie die Diode D7 (das muss eine Schaltdiode mit sehr kurzer Freiwerdezeit sein) die negativen Spannungsanteile der Fahrstroms "B" nach "B1" geführt, wohingegen die positiven Anteile unterdrückt werden. Im Grunde ist das eine ABC-Bremsstrecke. Zusätzlich wird die Spannung an "B1" aber durch das Dämpfungsglied R5,C2 beruhigt. Diese ist wichtig, weil bei sperrender Diode stets Störspannungen in der Bremsstrecke nachweisbar sind, welche den Lokdekoder "verwirren" könnten. Außerdem sorgt der Kondensator C2 dafür, dass in den Impulspausen, wenn die Diode sperrt, ein gewisses negatives Spannungsniveau am Gleis bleibt. Den mir bekannten Dekodern von Märklin und ESU genügt das, um in den Märklin-Bremsmodus umzuschalten, sofern jedenfalls der Analogmodus in ihren CVs deaktiviert ist. Auch im DCC-Protokoll müßte das Bremsen theoretisch klappen, habe ich aber mangels passender Zentrale noch nicht probieren können.
Auch im analogen AC-Betrieb, wenn die Lok keinen eingebauten Dekoder besitzt, wird eine Abbremsung des einfahrenden Zuges erreicht. Das ist natürlich nicht ganz so perfekt ist wie digitales Bremsen. Die Diode D7 wirkt hier als Einweggleichrichter, der die positive Halbwelle des 50-Hz-Fahrstroms abschneidet. Dadurch sinkt die effektive Fahrspannung der Lok ab. Sie wird langsamer und rast nicht mehr ganz so schnell ins Nothalt, wo der Fahrstrom dann endgültig abgestellt wird.
Vermeidung eines Kurzschlusses beim Einfahren in den Bremsbereich. Eine elektrische Verbindung zwischen B1 und B (etwa durch den Schleifer einer in den Haltebereich einfahrenden Lok) ist hier völlig unproblematisch, denn der Widerstand im RC-Glied begrenzt automatisch den Strom auf ein paar Milliampere, der vom Bremsbereich in den äußeren Fahrstromkreis abfließt. In besonderen Fällen, wenn z.B. noch die Wagenbeleuchtung über die Lok aus der Bremsstrecke gespeist werden muß, kann man am Anschluß "B1aux" eine Konstantstromquelle anklemmen, die eine negative Spannung bei genau definiertem Maximalstrom zur Verfügung stellt (dazu ein ander Mal mehr) und eine flackerfreie (na ja, eher flackerarme) Beleuchtung des Zuges ermöglicht.
Nothalt: Wenn nun die Lok an das Ende des Haltebereich fährt, löst sie einen Schaltkontakt am Gleis aus, der den Eingang "stop" der Signalbox auf Gleismasse legt. dadurch zieht Relais 2 an und unterbricht den Bremsstrom: Nothalt. Das Relais fällt erst dann wieder ab und gibt die Diode für die nächste Zugbremsung frei, wenn das Signal auf "Fahrt" gestellt wird.
Hier noch der Anschlußplan. Wie schon gesagt, es genügt ein einziger elektrisch isolierter Streckenabschnitt vor dem Signal, der mindestens so lang sein sollte wie der gewünschte Bremsweg. Dazu ein Zugsensor (Reedrelais) kurz vor Ende des isolierten Bereichs, der die Nothalt-Funktion auslöst. Die Position ist innerhalb dieses Bereichs beliebig wählbar. Eigens isolierte Übergangsabschnitte am Anfang und am Ende der Bremsstrecke sind überflüssig. Der "2b13" ist die schon erwähnte optionale Konstantstomquelle. Da werde ich demnächst drauf eingehen.
So, nun aber genug der Theorie. Jetzt geht es mit Drehmel und Lötkolben an den Zusammenbau des Signals.
Neben den Elektronik-Bauelementen habe ich mir eine Anzahl an kleinen Plastikgehäusen (ca. 25 x 50 x 72 mm) im Elektronik-Versandhandel bestellt. Als ich das vor etlichen Jahren tat, war ich vom Design des I-Macs (wer erinnert sich ?) begeistert: alles in blau, und durchscheinend. Dazu passend habe ich eine Lochrasterplatte (2,54-mm-Raster) ausgesägt:
Kabelklemmen auflöten. Hatte mir mal eine Kiste von 7-poligen Wago-Klemmen kommen lassen. Die reicht bis heute. Ansonsten nehme man, was da ist.
Nach Tortenbäckermanier werden auf der Kupferseite kleine Lötzinn-Häubchen auf die Anschlußpins gesetzt.
Dann die beiden Relais (12-V-Typen, mit 960 Ohm Spulenwiderstand, Kontaktbelastbarkeit: 2 A). Das Blaue ist bistabil. Habe vorher natürlich ausprobiert, ob auch alle Bauelemente dazwischen unterkommen.
So, jetzt sind alle Bauteile auf der Platine.
Hier ein Blick auf die Lötseite:
Habe der Signalbox neuerdings auch zwei On-Board-LEDs spendiert, die einem den Zustand des Signals anzeigen, wenn man unter der Anlagenplatte liegt und im Kabelgewirr der Anlage irgend einen vertrackten Wackelkontakt oder Kurzschluß sucht. Bei meinen ersten Exemplaren dieses Signals habe ich noch gemeint, die 20 Cent an Bauelementen einsparen zu können. Nachdem ich dann 4 oder 5 mal zeternd und schimpfend unter die Anlage gekrochen und dann wieder hervorgerobbt bin, kam meine Frau und hat mir eine Banane geschenkt, zur Belohnung des Orang-Utans, wie sie meinte. Um meinerseits weiteren Mutationen dieser Art vorzubeugen, gibt es jetzt diese LEDs.
Zum Schluß noch ein Funktionstest am Basteltisch:
In die Box damit und ein Typenschild auf den Deckel, mit der Anschlußbelegung. Fertig ist die Signalbox!
Und so sieht es dann nach der Montage aus:
Mittlerweile habe ich sicherlich 15 oder mehr solcher oder ähnlicher Signale und Schaltelemente hergestellt und in die Anlage integriert. Nach dem ersten geht der Zusammenbau aller weiteren ziemlich flott von der Hand...
Grüße
Hans Martin & Manu