3. Streckenblock im Modell


3.1. Prinzipieller Aufbau

Ein Streckenblock auf einer Modellbahn soll verschiedene Bedingungen erfüllen:

Um all diese Anforderungen zu erfüllen, braucht es einen modularen Aufbau mit einfachen Schnittstellen.
Im Gegensatz zum Vorbild soll hier nur eine Blockapparatur vorhanden sein, dafür umfasst die Kabelverbindung zu den Stellwerken eine grössere Anzahl Adern. Das folgende Blockschaltbild zeigt eine solche Architektur:


Blockschema-Modell

Die Blockapparatur kann dabei als „Black Box“ betrachtet werden, ihr Innenleben muss nicht zwingend verstanden werden.
Wichtig ist hingegen, dass die Funktionen der einzelnen Adern im Blockkabel einfach und verständlich sind, weil diese Adern im Stellwerk richtig verschaltet werden müssen. Dazu ist es von Vorteil, wenn jeder Draht nur eine bestimmte Funktion darstellt. Dies ergibt ein 12-adriges Kabel.

Die folgende Belegung der 12 Adern des Blockkabels hat sich als zweckmässig erwiesen:
Ader-Nr 
Bedeutung
1
Masse
2
Plus für die Speisung der Blockapparatur oder des Stellwerkes (nicht zwingend nötig)
3 – 4
Normalerweise sind diese Adern im Stellwerk oder Stelltisch miteinander verbunden; sie
werden durch einen Schalter unterbrochen, wenn die Fahrrichtung festgehalten werden soll.

5
Anfordern
)
6
Vormelden
)  Diese Funktionen werden betätigt, indem die entsprechenden
7
Blocken
)  Adern im Stellwerk kurzzeitig an Masse gelegt werden.
8
Rückmelden
)
9
Blockpfeil rot, Fahrrichtung zum Bahnhof hin
)  Zustandsmeldungen des Blocks :
10
Blockpfeil weiss, Fahrrichtung zum Bahnhof hin
)  die Blockapparatur schaltet diese Adern
11
Blockpfeil weiss, Fahrrichtung vom Bahnhof weg
)  gegebenenfalls an Masse und bringt damit 
12
Blockpfeil rot, Fahrrichtung vom Bahnhof weg
)  den Blockpfeil im Stellwerk zum Leuchten.



Als Prinzip-Schema dargestellt:


Prinzipschema


Im vorstehenden Schema bedeuten die liegenden Rechtecke Relais.
Die Ader 2 ermöglicht, dass gegebenenfalls Stellwerk und Blockapparatur mit derselben Spannung versorgt werden können (fakultativ, nur möglich ohne Potentialtrennung).
Die Adern 3 – 5 werden bei „normaler“ Doppelspur nicht gebraucht. Bei Einspur ist das Anfordern nur möglich, wenn der Nachbarbahnhof nicht festhält: Der Stromkreis fürs Anfordern führt vom Plus der Blockapparatur über ein Relais über Ader 3 zum einen Bahnhof, wird dort unterbrochen oder durchgelassen, geht in Ader 4 zurück zur Blockapparatur, passiert diese, geht weiter über Ader 5 zum andern Bahnhof und wird dort bei Bedarf über eine Taste oder über einen andern Kontakt auf Masse geschaltet. Mit dieser Konzeption wird der Kabelaufwand etwas grösser, dafür der Schaltungsaufwand in der Blockapparatur und in den Bahnhöfen einfacher.
Mit den Adern 6 – 8 wird in der Blockapparatur ein Relais betätigt, indem im einen Bahnhof die Ader durch eine Taste, ein Kontaktgleis, ein Relaiskontakt oder einen Transistor an Masse gelegt wird. Die elektrische Schaltung ist dabei die gleiche wie bei den Adern 3 – 5.
Die Adern 9 – 12 liefern beiden Bahnhöfen eine Masse, wenn der entsprechende Blockpfeil leuchten soll. Die Blockpfeil-Lampe leuchtet, wenn der entsprechende Kontakt in der Blockapparatur geschlossen ist. Parallel zur Blockpfeil-Lampe (bzw in Serie bei Verwendung von Leuchtdioden) kann ein Relais angeordnet werden, das dem Stellwerk weitere Informationen gibt, z.B. um zu verhindern, dass ein Ausfahrsignal auf Fahrt gestellt werden kann, solange die Bedingungen dazu nicht erfüllt sind.

Die Schnittstelle ist so konzipiert, dass sie mit jeder der folgenden Technologien betrieben werden kann:
Selbst unterschiedliche Technologien im Stellwerk und Blockapparat lassen sich realisieren.
So kann jeder Modellbahner mit der ihm vertrauten Technologie arbeiten.


Die konkrete Verdrahtung des Blocks mit den Stellwerken ist im untenstehenden Schema wiedergegeben. Darin befindet sich in der Mitte der Blockbaustein, links und rechts davon die beiden Nachbarbahnhöfe. Vom Bahnhof A sind nur die prinzipiellen Elemente angegeben, der Bahnhof B ist in einer einfachen und funktionstüchtigen Version dargestellt. Im Bahnhof B ist neben der normalen Märklin-Verdrahtung (rechts aussen) ein Blockbediengerät installiert, das dem Zusatzpult von Bild 06 ähnelt.
Der Blockbaustein ist in Relaistechnik dargestellt und so vereinfacht, dass seine prinzipiellen Funktionen ersichtlich sind. Die verwendeten Relais sind bistabile Relais, die ihre Stellung auch bei Stromausfall beibehalten. Sie werden mit einer Spule (Anschlüsse links) aufgezogen und mit einer zweiten (Anschlüsse rechts) abgeworfen. Im Folgenden soll kurz die Funktionsweise beschrieben werden: 

Die Fahrrichtung wird geändert, wenn die Taste „Anfordern“ gedrückt wird und der Nachbarbahnhof nicht festhält. Weiter ist nötig, dass der Block frei ist, d.h. wenn die Ruhekontakte der Relais V und B den Strom durchlassen (V und B abgefallen). Wenn alle diese Voraussetzungen erfüllt sind, kann das Relais „Fahrrichtung“ F seine Position ändern. Das Relais „Vorgemeldet“ V zieht auf, wenn der Bahnhof, welcher die Fahrrichtung hat (Auswahl durch einen Umschaltkontakt des Relais F) die dafür vorgesehene Ader 6 an Masse legt. Wenn geblockt werden soll, muss die Ader 7 im selben Bahnhof an Masse gelegt werden. Dadurch wird das V-Relais abgeworfen und das Relais „Geblockt“ B aufgezogen. Die Rückmeldung erfolgt, sobald die Ader 8 im andern Bahnhof an Masse gelegt wird.
Das Blockbediengerät im Bahnhof B setzt die Stellwerkfunktionen in Blockbefehle um und empfängt die benötigten Zustandsinformationen des Blocks. Die letzteren werden im Blockbaustein bereitgestellt, indem eine oder mehrere der Adern 9-12 auf Masse geschaltet werden. Mit diesen Adern werden die entsprechenden Blockpfeile beleuchtet und Relais aufgezogen, welche die Verriegelungen der Signale vornehmen.
 
Die Funktionsweise des Blockbediengerätes ist im Kap. 4.1 beschrieben.



Zusammenschaltung

 


3.2. Nötige Typen an Blockbausteinen

Mit der oben dargestellten Schnittstelle zwischen Stellwerk und Block lassen sich verschiedene Funktionsweisen im Block wie auch im Stellwerk erzeugen.

Als erstes muss festgelegt werden, wie rückgemeldet werden soll:

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal betrifft auf Einspurstrecken die Zustimmungsrückgabe. Wird rückgemeldet, wechselt in der Regel die Fahrrichtung nicht. Im Vorbild ist es aber möglich, dass nach einer Rückmeldung die Fahrrichtung automatisch wechselt. Auch auf der Modellbahn kann dies in Kombination mit der Funktion „Festhalten“ sinnvoll sein, um ein Ueberfüllen eines (Kopf-) Bahnhofes zu verhindern: Der Nachbarbahnhof kann erst dann wieder einen Zug schicken, wenn vorher ein Zug in der andern Fahrrichtung verkehrt ist. Wir unterscheiden deshalb:
Für Einspuren oder Doppelspuren braucht es unterschiedliche Blockapparaturen, auch wenn die im Kapitel 3.1 beschriebene Schnittstelle gleich bleibt. Dies ist somit ein weiteres Klassierungsmerkmal.

Bisher wurden Vormelden und Blocken als getrennte Funktion dargestellt. Als Sparvariante ist es auch möglich, dass diese beiden Befehle wie folgt zu einem einzigen zusammengefasst werden: Wenn ein Ausfahrsignal geöffnet wird, erfolgt Vormelden, wird dieses wieder geschlossen, wird geblockt. Dies entspricht zwar nicht ganz dem Vorbild, ist aber bei einer Modellbahn oft Nebensache. Der genaue Ablauf beim Vorbild ist folgender: Ein Ausfahrsignal wird auf Halt gestellt, wenn der Zugschluss die erste (neuere Stellwerke) oder die letzte (ältere Stellwerke) Weiche freigegeben hat. Geblockt wird, wenn die Zugspitze die letzte Weiche befahren hat. Es ist jedem Modellbahner selber überlassen, ob er diese Finessen beachten will.

 

Ausgehend von diesen Unterscheidungen ergibt sich die nachfolgende Klassierung für die hier vorgestellten Blockbausteine. Der Typenname besteht aus drei Zeichen, die beliebig kombiniert werden können:


Beschreibung der Funktion
1. Stelle
2. Stelle
3. Stelle
Normale Ausführung mit bistabilen Relais
B


Abgemagerte Ausführung mit Funktion „Ausfahrsignal offen“ statt getrenntem Vormelden und Blocken. Die Einspur-Blockbausteine sind nur für Heimgebrauch geeignet (seltene Fehlfunktionen, siehe Beschreibung der Blockbausteine)
A


Ausführung mit Mikroprozessor
M


Weitere Techniken
...


Einspur

0

Nicht banalisierte Doppelspur

1

Rückmelden nur mit Drücken


1
Rückmelden mit Drücken oder Loslassen, links und rechts gleich


2
Rückmelden mit Drücken oder Loslassen, links und rechts unterschiedlich oder gleich.       Mit oder ohne Zustimmungsrückgabe.


3
Mit Zwischenblockstelle, Rückmelden mit Loslassen


5

Aus diesem Schema ergeben sich folgende, sinnvolle Blockbausteine:
A01    A02               A05    A11    A13    A15
B01    B02    B03    B05    B11    B13    B15




3.3. Die technische Realisierung der Blockbausteine vom Typ A und B

Die Universalität der gewählten Schaltungen erlaubt es, dass für verschiedene Blockbausteine nur zwei Leiterplattentypen (auch gedruckte Schaltung genannt, gemeint ist eine Unterlage mit teilweise weggeätztem Kupfer) notwendig sind: Einspur (A01 – B03) und Doppelspur (A11 – B13). Für die Blockstelle wurde noch keine Leiterplatte entwickelt, weil die Stückzahl zu klein ist. Die Untertypen in den Funktionen werden durch unterschiedliche Bestückungen hergestellt, was auch einige reine Drahtbrücken zur Folge hat. Die Leiterplattenzeichnungen und die Bestückungspläne können gemäss Kapitel 5.11 bezogen werden. Wer die Leiterplatten nicht selber ätzen will oder kann, hat die Möglichkeit, sie beim Verfasser gemäss den Angaben im Kapitel 5.8 zu beziehen.


Für das Festlegung einiger Funktionen sind Drahtbrücken vorzusehen. Diese können auf der Printplatte selber (von Lötauge zu Lötauge) oder auf der Federleiste (= Gegenstück zum Stecker) realisiert werden. Falls eine gewisse Universalität gewünscht ist, können diese Verbindungen auch über Schalter hergestellt werden, die an einem geeigneten Ort angeordnet werden.

Bei der Auswahl der Bauteile wurde darauf geachtet, dass für alle Bauteile mindestens zwei Hersteller und Lieferanten vorhanden sind. Die Liste befindet sich im Kap. 5.8.

Die Printplatten (=bestückte Leiterplatten) haben einen 31-poligen Stecker nach DIN 41617. Im Schema sind diese Steckerpunkte im Innern angegeben (ohne dicken Querstrich). Diese Punkte sind auf geeignete Art und Weise mit den Adern der beiden Blockkabel zu verbinden. Diese sind im Schema aussen und mit dickem Querstrich angegeben.


Als Steckverbinder für die Blockkabel kommen zwei 12-polige Lüsterklemmen aus dem Bereich der 230V-Verdrahtung zur Anwendung, die mit abgesägten Nägeln miteinander verbunden werden. Dies mag steinzeitlich erscheinen, hat aber die Vorteile, dass es billig ist und auch von Kindern verdrahtet werden kann. Selbstverständlich kann jeder Nachbauer das Steckersystem verwenden, das seinen Bedürfnissen am Besten entspricht.

Die Printplatten können auf unterschiedliche Art und Weise eingebaut werden. Folgende zwei Varianten sind empfehlenswert:


1.
Einbau in ein Gehäuse, auf dessen Frontplatte die benötigten Schalter eingebaut sind. Dies ist die bevorzugte Variante bei fliegender Verdrahtung. Es wird nur ein einziger Gehäusetyp benötigt, die Funktion des Blockkästchens wird durch die eingebaute Printplatte bestimmt und aussen angeschrieben. Die auf der Frontplatte angeordneten Schalter werden nicht für alle Blockbausteine benötigt. Auf der Vorderseite des Gehäuses geht das Blockkabel nach links weg, auf der Hinterseite nach rechts. Auf der rechten Seite des Gehäuses ist die Speisung angeordnet.
Bild 11
Bild 2
Bild 3
Bild 11
Gesamtansicht des Blockkästchens
Bild 12
Innenansicht des Blockkästchens
Bild 13
Detail des verwendeten Steckers


2.
Bei festen Anlagen können die Federleisten direkt auf einem Anlagebrett festgeschraubt werden und die Printplatten darin eingesteckt werden. Allfällig nötige Programmierbrücken können auf der Federleiste angeordnet werden. Zum mechanischen Schutz der senkrecht stehenden Printplatten kann ein Plexiglas verwendet werden.
Bild 14
Bild 14
Feste Montage der Blockbausteine ohne Gehäuse, der Plexiglas-Schutz ist entfernt
 

Die Speisung erfolgt wahlweise mit 24 V Gleichstrom oder mit 16 V Wechselstrom. Die Diode und der Kondensator am Pluseingang sorgen bei Wechselstromspeisung für die erforderliche Gleichrichtung.
Es sind auch andere Speisespannungen möglich, die verwendeten Elemente müssen dann andere Werte haben. Diese Aenderung ist jedoch nur dem Könner zu empfehlen.




3.4. Die Funktions-Beschreibungen der verschiedenen Schaltungen


Diese Beschreibungen erfolgen für den technisch Interessierten, wer nur anwendet muss das Innenleben der Blockbausteine nicht unbedingt kennen.
Aus der Vielfalt der Blockbausteine werden nachfolgend die Funktionsweise der wichtigsten Typen beschrieben. Dies erfolgt so, dass zuerst der einfachste Blockbaustein erklärt wird, darauf aufbauend folgen die Zusatzfunktionen der jeweils nächst komplexeren Blockbausteine. Für die vollständige Erklärung des kompliziertesten Blockbausteins ist also das Studium aller vorangehender Blockbausteine notwendig.


3.4.1. Der Blockbaustein  A01


Dieser Blockbaustein ist der Einfachste und enthält alle Grundfunktionen des Blocks. Er ist für Einspurstrecken bestimmt. Siehe Schema-A01.
Es sind 2 bistabile Relais vorhanden. Diese behalten ihre Position auch im stromlosen Zustand und bei Stromausfall bei. Dieses Relais wird durch einen Strom vom Anschluss 1 nach 16 aufgezogen, abgeworfen wird es durch einen Strom von 2 nach 15.
Das Relais F speichert die Fahrrichtung. Wir sagen, dass es abgefallen ist, wenn die Fahrrichtung von A nach B erlaubt ist. Die Kontakte sind im abgefallenen Zustand gezeichnet (dies gilt generell im ganzen Aufsatz). Das Fahrrichtungsrelais darf seine Stellung nur dann ändern, wenn der Block frei ist. Dies wird erreicht, indem die Speisung über einen Ruhekontakt des Relais B gegebenenfalls unterbrochen wird. Das Relais wird aufgezogen oder es bleibt es, wenn im Bahnhof B die Anfordern-Taste gedrückt wird und Bahnhof A den Stromkreis zum Festhalten nicht unterbrochen hat. Das Relais wird abgeworfen oder bleibt abgefallen, wenn die Anfordern-Taste im Bahnhof A gedrückt wird und Bahnhof B nicht festhält.
Das Relais B wird aufgezogen, wenn ein Ausfahrsignal geöffnet wird. Dies darf nur derjenige Bahnhof können, der die Fahrrichtung besitzt, was durch den Umschaltkontakt 10-12-14 des Relais F erreicht wird. Das Relais B wird also aufgezogen, wenn die richtige Blockkabel-Ader 6 an Masse gelegt wird, was über einen Kontakt am Ausfahrsignal erfolgen kann. Die Strecke wird so vorgemeldet.
Wenn der Zug ausgefahren ist, wird das Ausfahrsignal auf Halt gestellt und die Ader 6 hat keine Masse mehr. Jetzt ist die Strecke geblockt. In beiden Zuständen „Vorgemeldet“ / „Geblockt“ ist das B-Relais aufgezogen, die Unterscheidung betrifft nur die ausgeleuchteten Blockpfeile, siehe weiter unten.
Wenn der Zug im andern Bahnhof angekommen ist, muss dieser rückmelden. Mit einem Relais oder einer Taste wird im betreffenden Bahnhof die Ader 8 an Masse gelegt, worauf über den Umschaltkontakt 9-11-13 des Relais F das Blockrelais B abgeworfen wird. Der erwähnte Umschalter sorgt dafür, dass z.B. in Fahrrichtung A ==
> B nur der Bahnhof B rückmelden kann. Die Ader 8 kann bei einer 3-Leiter-Bahn nicht direkt auf ein Kontaktgleis nach dem Einfahrsignal geführt werden, weil damit der Block schon freigegeben würde, wenn die Zugspitze das Kontaktgleis erreicht statt der Zugschluss das Kontaktgleis verlässt. Falls mit Kontaktgleisen gearbeitet werden soll, muss der Blockbaustein A02 verwendet werden, er ist weiter unten beschrieben.
Bei diesem Blockbaustein ist die Schnittstellendefinition gemäss Kap. 3.1 vereinfacht: Mit der Ader 6 wird mitgeteilt, ob das Ausfahrsignal offen oder geschlossen ist, die Ader 7 entfällt.

Der Zustand des Blocks wird über die Adern 9 – 12 auf die beiden angrenzenden Bahnhöfe übermittelt. Die Definition der Adern wurde weiter oben erklärt. Die Adern 9 / 12 und 10 / 11 werden im Blockkästchen gekreuzt, damit die Definition der Fahrrichtung von jedem Bahnhof aus gesehen immer gleich ist (zufahrend ist auf Adern 11 / 12, wegfahrend auf 9 / 10).
In den Bahnhöfen fliesst der Strom vom Plus durch die Blockpfeil-Lampen und allenfalls durch Relais (Details siehe Kap.4) auf die Adern im Blockkabel. Auf dem Blockbaustein wird der Strom bei Bedarf auf Masse geschaltet. Dies geschieht über die Kontakte ganz unten im Schema. Das Relais F steuert mit seinem Umschaltkontakt 4-6-8 die der Fahrrichtung entsprechenden Lampen an. Relais B schaltet bei freiem Block die Ader 10 bzw 11 (weisse Lampe) über den Ruhekontakt auf Masse, bei vorgemeldetem oder besetztem Block sind es die Adern 9 bzw 12 (rote Lampe), die über den Arbeitskontakt an Masse gelegt werden. Im vorgemeldeten Zustand leuchtet nebst dem roten auch der weisse Blockpfeil, was über den Kontakt 3-5-7 des Relais F und weiter über zwei Dioden und den Umschaltkontakt 10-12-14 des Relais F beim Ausfahrsignal bewerkstelligt wird.

Nicht alle im Schema gezeichneten Dioden sind in jedem Fall nötig. Sie verhindern allfällige Rückströme, wenn ein Teil der Stromversorgungen ausfallen. Um Störungen aufgrund einer solchen Ursache sicher zu vermeiden, bauen wir sie generell ein.

Der Blockbaustein A01 wurde konzipiert für Anlagen, deren Blockapparatur billig sein soll. Es handelt sich gewissermassen um einen „Deux-chevaux“. Dementsprechend ist nur das Allernötigste realisiert. Bei genau gleichzeitigem Betätigen von „Anfordern“ und „Ausfahrsignal öffnen“ in je einem Bahnhof können gewisse Fehlfunktionen auftreten, weil dabei zwei Relais aufgezogen werden sollen, die sich während des Aufzugvorgangs gegenseitig den Strom abstellen. So hat am Schluss unter Umständen keines der beteiligten Relais sauber geschaltet. Zwei Fehler dabei können auftreten:
Das gleichzeitige, manuelle Betätigen von „Ausfahrsignal öffnen“ und „Anfordern“ (je im andern Bahnhof) ist kaum möglich. Bei automatischem Signalbetrieb hingegen können beide Befehle gleichzeitig anstehen, wenn rückgemeldet wird.
Im Heimbereich ohne automatischem Signalbetrieb kann man es tolerieren, dass der oben beschriebene Fall sehr selten auftritt. Wer dieses Risiko nicht eingehen will, sollte den Blockbaustein A01 (und auch der später beschriebene A02) nicht verwenden. Das Gleiche gilt für Clubanlagen. Der nachstehend beschriebene Blockbaustein B01 weist diese mögliche Fehlfunktion nicht mehr auf.
Die Blockbaustein-Familie A dient deshalb primär dazu, die Grundschaltung zu erklären, sie kann von Kindern mit kleinem Budget aber durchaus verwendet werden.



3.4.2. Der Blockbaustein  B01

Siehe Schema-B01

Gegenüber dem Blockbaustein A01 kommen zwei neue Funktionen dazu:
•    Vormelden und Blocken sind getrennte Funktionen.
•    Die oben beschriebene Fehlfunktion kann nicht mehr auftreten dank den neuen Relais S und SV.

Zum ersten: Beim Vorbild sind die Funktionen „Ausfahrsignal schliessen“ und „Blocken“ nicht gekoppelt und werden zu unterschiedlichem Zeitpunkt ausgelöst. Diese Funktionalität wird in diesem Blockbaustein korrekt realisiert. Die Funktion „Ausfahrsignal offen“ heisst neu „Vormelden“, parallel dazu gibt es jetzt die neue Funktion „Blocken“. Es ist ein zusätzliches, relativ teures Relais notwendig: das Relais V. Wenn im Bahnhof das Ausfahrsignal geöffnet werden soll, wird dies dem Blockbaustein mittels einer Masse auf Ader 6 gemeldet. Sobald das V-Relais aufgezogen ist, wird dies dem Bahnhof über Kontakt v3-7 bzw v14-10 angezeigt, indem der weisse und rote Blockpfeil leuchten. Dies gibt dem Bahnhof die Erlaubnis, das Ausfahrsignal auch tatsächlich zu öffnen. Wenn nun der Zug ausfährt, muss geblockt werden. Dies geschieht mittels einer Masse auf Ader 7, was einerseits das V-Relais abfallen und das B-Relais aufziehen lässt. Es leuchtet dann nur noch der rote Blockpfeil. Der Kontakt b13-11 verhindert, dass das V-Relais nochmals aufzieht, wenn der Befehl „Vormelden“ zu lange ansteht.
Das F-Relais darf seine Stellung nur ändern, wenn V und B abgefallen sind, die Strecke also frei ist. Gegenüber A01 wurde in B01 bei der Anspeisung von F ein Ruhekontakt von V eingefügt.

Zum zweiten: Wenn die Fahrrichtung geändert werden soll, wird dies nicht sofort ausgeführt, sondern erst nach einer kleinen Zeitverzögerung, während der ein allfällig gleichzeitiges Vormelden vollständig vollzogen werden kann und dadurch der Fahrrichtungswechsel mit dem Kontakt v4-6 verhindert wird. Konkret geht dies wie folgt vor sich:
Sobald Anfordern gedrückt wird und weder Relais V noch B aufgezogen sind, zieht das Relais S (Sperren der Fahrrichtungsumschaltung) auf. Das Relais S verhindert mittels der Ruhekontakte s4-6 bzw s11-13, dass die Relais V und B aufziehen können. Nach Ablauf der Zeitverzögerung (realisiert mit R3 und C3, Verzögerung ca 20 Millisekunden) zieht auch Relais SV (verzögertes S) auf, was den Stromkreis für das Umschalten des F-Relais über den Kontakt sv8-4 freigibt. Relais F wechselt die Fahrrichtung. Sobald die Anfordern-Taste losgelassen wird, fallen die Relais S und SV ab, was Vormelden wieder erlaubt.
Für den Fall, dass gleichzeitig Anfordern und Vormelden gedrückt werden, setzt sich die Vormelden-Funktion durch, indem der Strom für das Vormelde-Relais zwar unterbrochen wird (Kontakt s4-6), aber der Kondensator C5 hat noch genügend Energie, damit das Relais V vollständig aufziehen kann. Der Kontakt v4-6 unterbricht nun aber die Speisung für Relais S und SV, so dass SV, weil es verzögert ist, nicht aufzieht. Damit kann die Fahrrichtung nicht gewechselt werden.



3.4.3. Die Blockbausteine  A02 und B02

Siehe Schema-A02 und Schema-B02

Die Blockbausteine A02 und B02 sind eine Erweiterung der Blockbausteine A01 und B01 für das 3-Leiter-System. Es wurde oben schon erwähnt, dass bei A01 und B01 die Rückmelde-Ader 8 nicht direkt an ein Kontaktgleis angeschlossen werden kann. Wenn dies aber gewünscht ist, muss mit einem zusätzlichen Relais  R  festgestellt werden, wann das Kontaktgleis befahren und wieder frei geworden ist, erst zu diesem Zeitpunkt darf rückgemeldet werden. Das Relais, das dies feststellt, wird mit Vorteil auf dem Blockbaustein angeordnet, es kann so für beide benachbarten Bahnhöfe genutzt werden. Dies bedeutet aber auch, dass beide Bahnhöfe gleichartig rückmelden müssen. Falls dies nicht gewünscht ist, bietet der Blockbaustein B03 die Möglichkeit, dass beide Bahnhöfe unterschiedlich rückmelden können, siehe dort.
Hier wird nur auf die Aenderungen gegenüber A01 und B01 eingegangen.
Geändert wurde der Abwerf-Stromkreis des Relais B. Der Rückmeldebefehl wird nicht direkt auf die Abwerf-Spule des Blockrelais geführt, sondern auf das monostabile (normale) Relais R. Solange das Kontaktgleis besetzt ist, ist dieses Relais aufgezogen. Auf einem Kontaktgleis ergeben sich zwangsläufig Wackelkontakte, was das Relais R „flattern“ lassen würde. Um diesem Umstand abzuhelfen, wird parallel zur Relaisspule ein Kondensator C7 geschaltet. Dieser soll ein Abfall des Relais etwa 2 Sekunden verzögern. Während dieser Zeit müsste das Kontaktgleis erneut einen Impuls bringen, andernfalls kann angenommen werden, dass es frei geworden ist. Um den Spitzenstrom beim Laden des Kondensators zu begrenzen, ist im Stromkreis noch der kleine Widerstand R7 anzuordnen.

Das Relais R sorgt nun für den Abwurf von B. Wenn R aufzieht, wird C8 über seine Kontakte 9-13 aufgeladen, siehe Skizze 1. Der kleine Widerstand R8 ist nötig, um den Ladestrom zu begrenzen. Sobald das Relais R abfällt, entlädt sich der geladene Kondensator über die Kontakte r13-11 auf die Spule des Relais B, es entsteht ein kurzer Impuls, welcher das Relais B abwirft. Der Kondensator muss dazu genügend gross gewählt sein. Bei der nächsten Rückmeldung wiederholt sich der Vorgang.


Skizzen 1-4

Die Schaltung nach Skizze 1 lässt sich mit derjenigen des Blockbausteins A01 bzw B01 kombinieren, so dass der Blockbaustein A02 bzw B02 mittels eines Umschalters auch die Funktion A01 bzw B01 ausführen kann. Mit dem Schalter kann die Funktion des Kondensators C8 geändert werden. In der Skizze 2 ist das Prinzipschaltbild gezeichnet, wie der Kondensator für Drücken geschaltet werden kann. Im Grundzustand (R abgefallen) ist der Kondensator entladen. Sobald das Relais R aufzieht, lädt sich der Kondensator auf (r9-13 ==>  C8 ==> R8 ==> b2-15), dadurch fliesst ein kurzer Impuls durch die Relaisspule B Anschlüsse 2-15. Der Strom nimmt in dem Masse ab, wie der Kondensator aufgeladen wird, am Schluss fliesst kein Strom mehr. Sobald das Relais R abfällt, entlädt sich der Kondensator über den Widerstand R8 im Kreis herum, womit die Schaltung wieder in den Grundzustand übergeht.
Werden nun die Skizzen 1 + 2 miteinander kombiniert, ergibt sich die Schaltung nach Skizze 3. Mit einem zusätzlichen Schalter  dl  kann ausgewählt werden, ob die Rückmeldung mit Drücken oder Loslassen ausgeführt werden soll. So wie der Schalter  dl  gezeichnet ist, fliesst nach dem Aufziehen des Relais R der Strom wie in Skizze 2 Die Rückmeldung erfolgt also mit Drücken einer Taste (positive Flanke). Wenn sich der Schalter  dl  in der andern Stellung befindet, fliesst der Strom gemäss Skizze 1. Die Rückmeldung erfolgt also mit Loslassen (Freiwerden Kontaktgleis, negative Flanke).
Das  Schema-A02  bzw  Schema-B02  zeigt die fertige Verdrahtung (gemäss Skizze 3).



3.4.4. Der Blockbaustein  B03


Siehe Schema-B03

Dieser Blockbaustein ist der universellste, weil er für verschiedene, zusätzliche Funktionen konfiguriert werden kann. Er stellt einen „Cadillac“ dar. Dementsprechend ist er auch der Komplizierteste. Die zusätzlichen Funktionen sind:
•    Wahlmöglichkeit Drücken / Loslassen pro Bahnhof, d.h. der linke und rechte Bahnhof können unterschiedlich rückmelden.
•    Wahlmöglichkeit mit / ohne Zustimmungsrückgabe.

Wir betrachten zuerst den ersten Punkt:
Statt eines Schalters (dl) wie bei B02 gibt es zwei (dll und dlr), das Fahrrichtungsrelais FV wählt davon denjenigen aus, welcher der aktuellen Fahrrichtung entspricht. Siehe Skizze 4. Weil das Rückmelden schneller vollzogen ist als der Kondensator C8 entladen ist, muss das verzögerte Fahrrichtungsrelais FV (Details siehe später) verwendet werden, so dass nach dem Rückmelden ein eventuell nachfolgender Fahrrichtungswechsel keine Fehlfunktion infolge transienter Vorgänge auslöst.
Der Rückmeldeimpuls wird nicht direkt auf die Abwerfspule von B geleitet, sondern auf das monostabile Zwischenrelais R1, das auch für eine andere Funktion gebraucht wird. Wenn R1 aufgezogen ist, soll die Rückmeldung ausgeführt werden, was durch den Arbeitskontakt 13-9 von R1 erfolgt.
Die Schalter sind in Skizze 4 so gezeichnet, dass Bahnhof A mit Drücken und Bahnhof B mit Loslassen rückmeldet.

Zum zweiten Punkt:
Bei der Zustimmungsrückgabe kann mit dem Schalter ZStR eingestellt werden, ob nach einer Rückmeldung die Fahrrichtung automatisch wechseln soll (d.h. OHNE) oder nicht (d.h. MIT). Im Schema ist dieser Schalter gezeichnet in Stellung MIT. Auf Position OHNE wechselt F die Fahrrichtung, sobald R1 (4-8) aufgezogen und B (6-4) abgefallen ist. In welche Fahrrichtung gewechselt wird, hängt von der Stellung von FV ab (6-4 oder 8-4). R1 muss schneller abfallen muss als FV den Fahrrichtungswechsel nachvollzieht.

Die Verzögerung des Fahrrichtungsrelais FV erfolgt so: Es wurde nicht ein einfaches RC-Glied eingesetzt, weil dieses bei der geforderten Schwankungsbreite der Versorgungsspannung nicht genügend zuverlässig arbeitet. Stattdessen wird das RC-Glied über einen Transistor verstärkt: Wir nehmen an, F sei abgefallen. Der Strom fliesst vom Plus über den Widerstand R1 über die Relaiskontakte f6-4 an Masse. Der Kondensator C2 kann sich nicht aufladen. Erst wenn das Relais F aufgezogen ist, fliesst der Strom durch die Widerstände R1 und R2 in den Kondensator C2 und lädt diesen auf. Sobald die Spannung am Kondensator einen gewissen Wert (ca 12 Volt) überschreitet, genügt der in die Basis des Transistors hinein fliessende Strom, um den vom Plus herkommenden Kollektorstrom so zu verstärken, dass der aus dem Emitter herausfliessende Strom das Relais FV aufzuziehen vermag. Der Kondensator C2 wird weiter aufgeladen bis die Schwellenspannung der Zenerdiode erreicht ist (18 Volt). Diese verhindert von jetzt an, dass die Spannung weiter steigen kann, was eine konstante Verzögerungszeit auch bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen ergibt. Sobald das Relais F wieder abfällt, beginnt sich der Kondensator C2 über den Widerstand R2 und die Relaiskontakte f6-4 zu entladen. Sobald die Spannung über dem Kondensator einen bestimmten Wert unterschreitet (ca 8 Volt), genügt der Strom durch Transistor und Relais nicht mehr um es zu halten, es fällt ab. Damit kann das Spiel wieder von vorne beginnen. Die Diode über der Relaisspule verhindert Spannungsspitzen, die den Transistor beschädigen können.



3.4.5. Die Blockbausteine  A11, A13, B11 und B13

Siehe Schema-A11, Schema-A13, Schema-B11 und Schema-B13

Diese Blockbausteine sind für Doppelspur bestimmt und zusammengesetzt aus den vorstehend beschriebenen Elementen der Einspur. Folgendes sind die Spezialitäten gegenüber Einspur:
•    Die Fahrrichtungsrelais F und FV gibt es nicht, weil die Fahrrichtung pro Streckengleis fest ist.
•    Die Relais für das Sperren des Fahrrichtungswechsels S und SV entfallen auch.
•    Der obere Drittel der bisher betrachteten Schemas fällt weg.
•    Für jedes Gleis ist eine eigene Blocksicherung notwendig. Sie ist also zwei Mal vorhanden und gleich aufgebaut, wie bei den Schemas für Einspur beschrieben (A01 – B02). Sie ist doppelt (für jedes Gleis) vorhanden: Zwei Mal der mittlere Teil vom Schema A01 wird zu A11, analog aus zwei Mal A02 wird A13, 2 x B01 wird B11 und 2 x B02 wird B13. Die Blockbausteine A12 und B12 gibt es nicht, weil bei A13 und B13 die Schaltung zur Unterscheidung Drücken / Loslassen für jede Fahrrichtung ohnehin schon getrennt vorhanden sein muss und jede Fahrrichtung unabhängig von der andern funktioniert.
•    Bei A11 und A13 können keine Fehlfunktionen entstehen, weil keine Fahrrichtungsumschaltung erfolgt, somit fehlen auch R5 und C5.
•    Die Ansteuerung der Blockpfeile erfolgt gleichzeitig für beide Fahrrichtungen, Relaiskontakt f4-8 entfällt.
•    Die Steckerbelegung auf der Printplatte wie auch auf dem Blockkabel bleibt unverändert, nur dass es bei einer Doppelspur die Festhalten-
und Anfordern-Funktion nicht gibt.
•    Die Relaisbezeichnungen sind 2-stellig. Der erste Buchstabe ist gleich wie bisher (V, B und R), der zweite Buchstabe sagt aus, welche Fahrrichtung gemeint ist: A heisst Fahrrichtung von A nach B und umgekehrt.



3.4.6. Der Blockbaustein  B05 (Einspurblockstelle)

Eine Blockstelle ist im Grunde genommen wie ein Bahnhof, der personell nicht besetzt ist. Sie teilt eine Strecke in zwei Abschnitte, auf jedem dieser Abschnitte kann je ein Zug in der gleichen Fahrrichtung fahren. Es braucht also für jeden der beiden Abschnitte einen Blockbaustein, wobei allerdings das Fahrrichtungsrelais F gemeinsam und nur ein Mal vorhanden ist. Zweckmässigerweise realisiert man diese beiden Blockbausteine auf einer Printplatte und bezieht die Steuerung der Blocksignale und des Fahrstromes mit ein. Der Block soll automatisch sein, weshalb die Rückmeldung einheitlich mit „Loslassen“ erfolgt (Steuerung per Kontaktgleis). Die Rückmeldung mit „Drücken“ entfällt.


Blockschema-Einspurblockstelle

Weil es wenig sinnvoll ist, bei Freiwerden der ganzen Strecke die Fahrrichtung zu ändern, wird nur die Funktion „Mit Zustimmungsrückgabe“ realisiert. Mit Mehraufwand wäre auch „Ohne Zustimmungsrückgabe“ möglich.


Der Blockbaustein besteht im Grunde genommen aus zwei Mal dem vorstehend beschriebenen Blockbaustein B02. Verdoppelt wurden die Relais V, B und R (sie tragen zusätzlich die Indices A oder B). Das Fahrrichtungsrelais F ist nur ein Mal erforderlich, es werden davon aber so viele Kontakte benötigt, dass das Relais verdreifacht werden musste (F, F1 und F2). Neu sind die beiden Signalrelais D und E, welche die Signale und den Fahrstrom steuern. Am unteren Rand im Schema sind die Anschlüsse zur Gleisanlage eingezeichnet.

Siehe Schema-B05

Nachstehend ist kurz die Funktionsweise erklärt:
Der Block sei frei und die Fahrrichtung von A nach B. Sobald der Bahnhof A vormeldet, wird zuerst der Block A vorgemeldet. Darauf wird auch Block B vorgemeldet und das Signal D auf Fahrt gestellt. Der Zug fährt erst nach diesen Operationen aus dem Bahnhof A aus und blockt dabei den Block A. Sobald der Zug das Kontaktgleis zwischen den beiden Signalen befährt, wird auch Block B geblockt und das Signal D auf Halt gestellt. Sobald der Zug das erwähnte Kontaktgleis freigibt, wird der Block A frei, für einen weiteren Zug könnte das Ausfahrsignal im Bahnhof A erneut auf Fahrt gestellt werden. Das Signal D würde dabei erst dann auf Fahrt gehen, wenn der Block B wieder frei ist. Sobald der erste Zug das Kontaktgleis beim Bahnhof B verlassen hat, wird Block B frei. Falls sich ein zweiter Zug im Block A befindet, würde der Block B gleich wieder vorgemeldet und das Signal D auf Fahrt gestellt.
Der Fahrrichtungswechsel ist nur möglich, wenn beide Blöcke frei sind.

Dieser Blockbaustein wurde bisher erst ein Mal als Prototyp gebaut. Deshalb gibt es keine Leiterplatte, beim Nachbau ist die Verdrahtung von Hand mit Drähten auszuführen, die nachstehenden Bilder geben einen Eindruck. Im Bild 15 ist oben und unten der Anschluss für die beiden Blockkabel zu sehen, links befindet sich der Anschluss zur Gleisanlage der Blockstelle und rechts sind die Anschlüsse für die Speisung.


Bild 15  
Bild 16  
Bild 15
Blockstellenprototyp Bauteilseite
Bild 16
Blockstellenprototyp Verdrahtungsseite




3.5. Kurzschlussfeste Stromversorgung

Alle Blockbausteine bzw deren Bauteile sind konzipiert für eine Versorgungsspannung von 24 Volt Gleichstrom. Durch eine Einweg-Gleichrichtung am Eingang können sie aber auch ebensogut mit 16 Volt Wechselstrom aus einem Modellbahntrafo gespiesen werden. Falls andere Spannungen verwendet werden sollen, sind die Widerstände und die Kondensatoren neu zu dimensionieren, die aufgeführten Relais sind auch mit anderen Spulenspannungen erhältlich (andere Bestellnummern).

Als Anforderung an die hier beschriebenen Blockbausteine wurde festgelegt, dass diese in einem Spannungsbereich zwischen 20 und 27 Volt Gleichstrom funktionieren sollen. Effektiv funktionieren sie auch schon mit tieferen Spannungen. Die weite Spanne erlaubt eine einfache Stromversorgung. Dazu genügt ein Grätzgleichrichter und anschliessender Siebung durch einen Kondensator. Eine Spannungsregelung ist nicht notwendig. Siehe untenstehende Skizze 5.
Der Transformator sollte 21 Volt Wechselspannung liefern (auch 20 V geht, falls nichts anderes verfügbar) und für die doppelte Leistung der Gleichstromverbraucher dimensioniert sein. Anschliessend wird ein Grätz- (Vollweg-) Gleichrichter geschaltet (Spannungsfestigkeit mind 60 Volt, doppelter Gleichstrom) und mit einem Elektrolytkondensator (mind 35 Volt, 2500 µF) geglättet. Damit steht die Gleichspannung zur Verfügung.
Um die Schaltung auch noch kurzschlussfest zu machen, wird eine elektronische Sicherung (sog. Resettable) nachgeschaltet. Diese besteht aus einem Halbleitermaterial, das sich wie ein Kaltleiter verhält: Im Normalfall ist der Widerstand sehr klein, bei Ueberschreiten eines bestimmten Stromes wird das Halbleitermaterial innert 2-5 Sekunden heiss, so dass sein Widerstand schlagartig auf sehr hohe Werte ansteigt. Die ganze Ausgangsspannung liegt dann über dem Sicherungselement, das jetzt nur noch einen sehr kleinen Strom durchlässt. Nachdem der Kurzschluss behoben wurde, sinkt der Widerstand nach einigen Sekunden wieder auf seinen ursprünglichen Wert. Bei einer Belastung nahe dem Grenzwert ist der Stromkreis für kurze Zeit vollständig zu unterbrechen, damit der Ursprungszustand erreicht werden kann. Wer will, kann noch eine grüne (für Betrieb) und eine rote (für Kurzschluss) Leuchtdiode einfügen. Die rote Leuchtdiode brennt, sobald über dem Sicherungselement mehr als 2 Volt abfällt (d.h. Kurzschluss). Die grüne Leuchtdiode brennt, sobald die Ausgangsspannung vorhanden ist. Im Kurzschlussfall hingegen muss sie vollständig verlöschen, was mit der Zenerdiode (Sperrspannung ca 10 Volt) erreicht wird.
Das Sicherungselement kann bei Distrelec bezogen werden, im Katalog ist es unter Resettables zu finden. Preis ca 2 Franken pro Stück. Als Ansprechwert ist ein solcher zu wählen, der etwa 90 % des Maximalstromes beträgt.


Skizze 05
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