Fahrzeug–Erkennung

Grundlagen (1)

Ein Signal kann lang anhalten - beispielsweise, weil ein Flipflop im „Set”–Zustand ist - oder kurz - wenn eine Lichtschranke durch ein vorbei fahrendes Fahrzeug unterbrochen wird. Normalerweise werden für Automatisierungsaufgaben entweder Dauersignale oder Impulse einer definierten Länge benötigt.

Das Signal, dass ein Triebfahrzeug einen Punkt x erreicht hat, wird kaum gebraucht. Viel wichtiger ist die Information „irgend ein Fahrzeug hat Punkt x erreicht”, weil dadurch auch bei geschobenen Zügen und frei rollenden Wagen etwas ausgelöst wird.

Es gibt etliche Möglichkeiten, ein solches Signal zu erzeugen. Eine davon sind mechanische Kontakte, die durch das Gewicht eines Fahrzeugs ausgelöst werden. Diese sind nur schlecht unterzubringen, optisch unschön und Fehler–anfällig. Damit scheiden sie aus.

Es gibt auch die Möglichkeit, bei Stromverbrauchern über einen Spannungsabfall zu erkennen, dass sich ein solcher auf einem isolierten Gleisabschnitt befindet. Diese Lösung ist allenfalls für Gleisbesetzt–Meldungen geeignet, wenn mindestens ein Fahrzeug Strom verbraucht, und kann bei hohen Strömen problematisch werden. Fazit: ungeeignet, ab damit in den Papierkorb.

Zuletzt bleiben noch die Forderungen, dass sowohl jedes beliebige Fahrzeug erkannt werden soll - auch nicht stromführende oder völlig aus Kunststoff bestehende Wagen (wodurch Induktionsschleifen ausscheiden), dass die Fahrzeuge möglichst nicht modifiziert werden müssen (wodurch Reflex–Lichtschranken ausscheiden), und die, dass Triebfahrzeuge gesondert als solche erkannt werden sollen.

Reed–Relais (Schutzgasrohrkontakte)

Ein Schutzgasrohrkontakt (SRK, englisch Reed–Relais / Reed–Ry) besteht aus einem Glasröhrchen, welches mit einem Schutzgas gegen Kontaktabbrand und Korrosion gefüllt ist. In dem Röhrchen befindet sich ein Ein–Schalter, Aus–Schalter oder Umschalter. Der Schaltkontakt ist so gebaut, dass er auf magnetische Felder reagiert. Wird am SRK links ein Magnet oben vorbei geführt, wird der Kontakt umschalten. Die Einbau–Lage eines SRK ist also wichtig.

An Triebfahrzeugen werden nun an der Unterseite - möglichst weit weg vom Motor! - ein oder mehrere Permanent–Magnete angebracht. Diese werden angeschliffen (das geht) und unter dem oder am Fahrwerk an einer möglichst unauffälligen Stelle eingeklebt. Die erste Abbildung zeigt, wie an Stelle der Platten–Magnete von LGB^® Magnete mit 8 mm Durchmesser und 5 mm Höhe eingesetzt werden können, wie sie zum Beispiel Conrad in einer besonders starken Ausführung anbietet.

Auf der Skizze ist gleichzeitig eine günstige Anbringungslage für das Reed–Relais zu erkennen (hellblauer Punkt). Verschiedene Typen kommen in Frage, die natürlich möglichst klein und damit unauffällig sein sollten. Für den Maßstab 1:22,5 bietet sich Conrad 50 37 03 an (1 × um, 16 mm lang, 3 mm Durchmesser), für kleinere Baugrößen 50 20 11 (5,3 mm lang, nur 1,4 mm Durchmesser).

Mit Hilfe einer Platine mit eingeritzten Fugen nach dem Muster rechts unten können Sie mit einer einzigen selbstschneidenden Schraube ein Reed Relais Conrad 50 37 03 an LGB^®–Gleisen anbringen. Die beiden unteren Anschlüsse werden über eine Draht– oder eine Litze miteinander verbunden, damit alle drei Anschlüsse an einer Stelle unter das Gleis geführt werden können. Die Aussparung unten umfaßt genau eine Schienenaufspann–Platte auf den Schwellen, was für die nötige Geradführung sorgt.

Infrarot–Lichtschranken

Infrarotlicht hat einen besonderen Vorteil: Das menschliche Auge kann es nicht sehen. Eine IR–Sendediode im Betrieb ist auch bei völliger Dunkelheit nicht zu erkennen, was sich leicht vorne an der Fernbedienung des eigenen Fernsehers prüfen lässt. Das Licht, das sie aussendet, kann jedoch über einen Foto–Transistor Strom fließen lassen.

In Baugröße II(m) ist die unauffälligste Möglichkeit zur Unterbringung von Sendedioden und Foto–Transistoren mit 3 mm Durchmesser die in der Zeichnung des Abschnitts unten gezeigte. Dabei wird ein Loch mit nur 1 bis 2 Millimeter Durchmesser quer durch den Schienenkopf gebohrt (Mittelpunkt höchstens 2 mm Abstand von der Schienenoberkante). An den Außenkanten der Schienen werden zwei Stückchen Messing–Rohr 4 × 3 mm angelötet. Darin können die die Bauteile geschützt vor Licht und äußeren Einflüssen eingesetzt werden.

Es ist wichtig, dass das Loch nur einen kleinen Durchmesser hat, weil die Spurkränze von LGB^®, Märklin oder anderen Anbietern die Lichtschranke sonst nicht lang genug oder ausreichend verdunkeln - sie sind teilweise nur 1,8 Millimeter hoch.

Als Sendediode bietet sich der Typ SFH409 und als Foto–Transistor SFH309 an. SFH409 kann 100 mA Strom aufnehmen und benötigt daher bei 12 V einen Vorwiderstand von etwa 120 Ω. Rechts ist auch zu erkennen, dass die längeren Anschlussdrähte die Anode beziehungsweise der Emitter sind.

Beim Einbau des Foto–Transistors müssen Sie darauf achten, dass er gut vor Umgebungslicht geschützt ist (durch ein innen matt schwarz lackiertes Röhrchen), und besonders bei größeren Entfernungen zwischen Diode und Transistor muss auch die Ausrichtung genau stimmen (prüfen Sie das mit einer Taschenlampe und einem Rohr).

Auswertungs–Schaltung

Die Impulse von den Reed–Relais (SRK) oder IR–Lichtschranken sind von relativ unbestimmter Dauer und können sogar unangenehm pulsieren. Das ist beides natürlich nicht erwünscht. Daher müssen sie zunächst aufbereitet werden, damit ein Signal von bestimmter Dauer und guter Qualität abgegeben wird.

Es werden aber noch drei Forderungen an die Auswerte–Schaltung gestellt: Es soll egal sein, wo der massekompatible Impuls her kommt, und am Ausgang soll es auch Ausgänge mit Fahrtrichtungs–Differenzierung geben. Alle Ausgänge müssen wieder gegen GND (Masse) geschaltet sein.

Diese Schaltung wird unter Umständen schon bei kleinen Anlagen häufig benötigt (alleine viermal zur Sicherung einer Doppelkreuzungsweiche gegen Falschfahrten und Kurzschlüsse am Herzstück), daher lohnt es sich, ein wenig länger darüber nachzudenken.

Wegen der Vielzahl möglicher Kombinationen mit anderen Bedingungen sollten die gemeinsamen Bestandteile von Verknüpfungen - und damit auch die GND–Quelle - am Anfang liegen. Das sind in diesem Fall das durch ein Fahrzeug ausgelöste Signal, dann folgen die zwei AND–Gatter für die Fahrtrichtungs–Differenzierung.

Hier sind als Schaltbilder zwei weitere Möglichkeiten wieder gegeben, wie Sie weitere AND–Gatter mit Masse–kompatiblen Eingängen aufbauen können (oben in Kollektorschaltung mit Potenzial–Wechsel über einen PNP–Transistor, unten mit einem PNP–Transistor als Spannungsregler). In beiden Fällen wird ein GND–Signal von unteren zum oberen rechten Anschluss durchgeführt, wenn am Eingang ein negatives Potenzial anliegt.