Folgendes Prinzip liegt der Pendelzug-Steuerung zugrunde:
Auf den Gleisabschnitten Gl1 und Gl2 steht jeweils ein Triebfahrzeug. Abwechselnt sollen diese über das Gleis Gl zum Abschnitt Gl3 fahren, dort warten, wieder zurück über Gl zum Ausgangsort fahren. Nach einer Wartezeit fährt nun der andere Zug mit gleichem Ablauf.
Die elektrische Steuerung zu diesem Ablauf ist relativ einfach, denn es ist nur eine
Steuerung, keine Regelung, d.h. die Position des Zuges hat keinen Einfluss auf die
Schalthandlungen. Es wird einfach nur nach einen Zeit, in der der Zug sicher die
Strecke von Gl1/2 nach Gl3 und einer Wartezeit die Polung der Fahrspannung umgeschaltet.
Damit der Zug auch in den Gleisabschnitten stehen bleibt, werden diese von der Strecke
GL getrennt. Durch Einschalten einer entsprechend gepolten Diode (z.B. 1N4001),
ist nur ein Rausfahren
aus diesem Abschnitt nach Umpolen der Fahrspannung möglich.
Nachteil dieser einfachen Methode ist, dass der Zug abrupt in den Gleisabschnitten stehen bleibt. Da kann man auch etwas gegen unternehmen, indem ein weiterer Abschnitt jeweils über eine Diode und Widerstand eine reduzierte Fahrspannung erhält.
Das Beispiel zeigt die Veränderung des linken Abschnittes für Ein- und Ausfahrt.
Bei der Einfahrt wird der Abschnitt Gl31 über die Diode D2 und den Widerstand R
mit Fahrspannung versorgt, dadurch wird die Geschwindigkeit geringer. Gl32 wird nicht
versorgt.
Anders dagegen bei der Ausfahrt, nun erhalten beide Abschnitte über die Dioden
D1 und D3 Fahrspannung, der Zug kann rausfahren.
Eine andere Variante zeigt das folgende Bild:
Dioden haben die Eigenart, dass sie auch bei Durchlassrichtung selbst einen Spannungsabfall von etwa 0,7V erzeugen, also auch die Ausfahrt erfolgt mit verringerter Spannung. Letzte Schaltung reduziert dementsprechend die Fahrspannung in GL32 um 1,4V, das Anfahren erfolgt nun auch langsam, steigert sich in GL31 und hat dann auf der Strecke die volle Fahrspannung. |
Elektronik zur Steuerung
Basis ist eine Elektronik, die entsprechend der Länge der Strecke und der
Zuggeschschwindigkeit, einen Polwendeschalter ständig hin und her schaltet.
nimmt man ein Relais als Schalter, so muss dieses ein und ausgeschaltet werden.
So eine Aufgabe übernimmt ein a-stabiler Multivibrator. Dafür kann man überall
Schaltungen finden, allerdings muss die Kippzeit in einem relativ großen Zeitraum
variabel sein (z.B. bis über 3min).
Eine sehr einfache Schaltung dazu ist bei
Vilem
zu finden, sie wird in der Folge erweitert und ergänzt.
Diese Schaltung reicht bereits aus, wenn man nur einen Zug hin und her fahren lassen will. Die Erweiterung zu der oben genannten Variante, ist nicht schwer. Zunächst einmal das Prinzip-Bild:
Festlegung:
Ablauf
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Das Umschalten der Weiche und das Zuordnen der Fahrspannung zu den Gleisen GL1 und 2 erfolgt immer dann, wenn der Zug nach links fahren soll, diese Aktion erfolgt also nur halb so oft wie das Umschalten der Fahrspannung. Technisch ist das mit einem Teiler zu realisieren. So ein Teiler läßt sich beispielsweise einfach mit einem JK-FlipFlop gestalten. Aus dem Taktdiagramm kann man also ableiten, das der Teiler mit ansteigender Flanke gesteuert wird. Die Flanke nimmt man aus dem Multivibrator für die Fahrspannungsumschaltung.
Als Gag ist vorgesehen, beim Zuordnen der Fahrspannung ein kurzes Signal abzugeben.
Dazu wird allerdings eine weitere Schaltung gebraucht, diesmal ein mono-stabiler
Multivibrator. Dieser wird durch einen nach 0 gehenden Impuls gesteuert, für eine kurze
Zeit kippt er in den anderen Zustand, steuert einen Tongenerator an, kippt wieder
zurück und schaltet den Tongenerator aus.
Sehr gut für diese Leistung ist der Timerschaltkreis NE555 bzw. NE556 geeignet.
Nun muss man die Pegel entsprechend den Schaltkreisdaten wählen, z.B. braucht der
mono-stabile Multivibrator einen negativen Impuls um zu starten, der Tongenerator
braucht an einem Eingang eine positive Spannung und die Relais müssen über Transistoren
angesteuert werden. Packt man das alles zusammen entsteht folgende Schaltung:
Die Schaltung sieht im ersten Moment groß aus - das täuscht.
In der untersten Reihe befinden sich die Schaltkreise (graue Kästchen)
zur Realisierung der Funktionen:
In der nächst höheren Reihe sind die Relais und die Schaltverstärker angeordnet.
Verstärker sind einfache Transistorstufen. Als Transistoren verwende ich aus alten
Platinen gewonnene SF12x (x = 6-9), natürlich gehen auch BC 548.
Die Dioden sind Schutzdioden für den Transistor z.B. 1N4148.
Der Test wurde mittels Steckbrett durchgeführt (Bild). |
Tests mit einer Weiche haben gezeigt, dass diese durchaus mal nicht durch den Impuls
umgeschaltet wird. Das hat dann für den Zugbetrieb Folgen, denn der Gleisabschnitt
wurde zugeschaltet, es gibt dann beim Befahren der Weiche einen Kurzschluss. Außerdem kann beim Zuschalten der Betriebsspannung die Weiche und das FlipFlop einen nicht konformen Zustand haben, das führt zu gleichen Problemen. Aus diesem Grund wurde als Alternative das Zuschalten der Gleisabschnitte Gl1 und Gl2 über die Rückmeldekontakte der Weiche vorgenommen. Diese Möglichkeit wird mit den grünen Leitungen dargestellt, die Leitungen von 4g und 4b entfallen dann! Das entspricht dann in etwa der aus der Modellbahn bekannten Z-Steuerung
Die Schalter S1 und S2 sind nicht unbedingt notwendig, gestatten weitere Handsteuerung.
Generell muss man aber noch einmal feststellen, für das Hin- und Herfahren eines Zuges
auf einem Gleis reicht bereits der aus den 3 NAND's bestehende a-stabile Multivibrator
und der Ansteuerung des Relais (siehe auch
Vilem)
völlig aus.
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Und das ist nun die fertige Schaltung (rechts ==>),
aufgebaut auf dem Rest einer alten Nun kann es losgehen! |
Bevor alles nun wirklich geht, braucht man noch ein Netzteil. Das ist sehr leicht aufzubauen:
Die Schaltung besteht aus zwei Teilen. Im oberen Teil wird mittels Spannungsreglers 7812 für die Versorgung der Schaltung eine Versorgungsspannung von 12V erzeugt. Im unteren Teil wird einen Fahrspannung erzeugt. Das ist etwas kritisch, denn es wird nur über einen Widerstand die Spannung reduziert, wieviel hängt aber vom verwendeten Fahrzeug ab. Man muss also zwei Fahrzeuge mit etwa gleichem Strombedarf verwenden, wenn man zwei Fahzeuge fahren lassen will. Oder man verwendet einen ordentlichen Fahrspannungsregler, dann funktioniert es besser. Hier im Beispiel wurde eine Einphasensteuerung verwendet. Die hat den Vorteil, dass die Fahrzeuge recht gut anfahren. |
Das Gehäuse für die Steuerung, die Spannungsversorgung und die Fahrspannung wurde aus Sperrholz erstellt. Die Frontplatte hat etwa folgendes Aussehen:
Die grauen Kästchen stellen Lautsprecherklemmen dar, die Nummern entsprechen denen in der Schaltung. Klemmen 1 und 2 nehmen die Zuführung der Fahrspannung auf, die wurde nicht fest verdrahtet, da sicher unterschiedliche Fahrregler zum Einsatz kommen. Auch die Leitungen des oben beschriebenen internen Reglers werden nach außengeführt. |
Nun kann die Variante Pendelzug mit Weiche einfach gesteckt werden. Für die Versorgung der Gleisabschnitte hinter der Weiche wurde die Variante über die Rückmeldekontakte der Weiche gewählt. |
Natürlich geht auch die Variante ohne Weiche zu schalten! |