4. Die Integration des Streckenblocks ins Modellbahn-Stellwerk

Der Streckenblock macht erst dann richtig Sinn, wenn er in die Bahnhofstellwerke einbezogen wird. Es geht ja darum, das Oeffnen der Ausfahrsignale gegebenenfalls zu verhindern. Aus diesem Grund ist dieser Teil ebenso wichtig wie der Bau der Blockbausteine selber.
Die aufgeführten Beispiele werden anhand der 3-Leitertechnik dargestellt. Der Streckenblock ist aber auch in 2-Leiter-Technik ebenso gut einsetzbar. Dafür wären die folgenden Funktionen anzupassen:
Weiter ist in den nachfolgenden Beispielen analoger Fahrbetrieb zu Grunde gelegt. Beim digitalen Fahrbetrieb fallen verschiedene Schaltungen zur Fahrstromversorgung ersatzlos weg. Es wird hier also das Kompliziertere erklärt. Die Blockfunktion selbst ist also systemunabhängig. Zugstandorterfassung und Fahrstrombeeinflussung sind entsprechend dem gewählten Fahrbetrieb auszuführen.

Es werden Beispiele gezeigt, die mit Relais realisiert sind. Obwohl das Relais ein uraltes Element ist, hat es auch heute noch seine Stärken und ist didaktisch ein ausgezeichnetes Mittel, die logischen Grundschaltungen der Elektrotechnik zu lernen. Das Relais ist zudem äusserst robust und kompakt, es kostet etwa drei Franken. Es ist speziell auch für Kinder geeignet und verstehbar.





4.1. Die erforderlichen Funktionen
In diesem Kapitel wird grundsätzlich dargestellt, was für die Integration des Streckenblocks ins Stellwerk notwendig ist. Praktische Beispiele werden ab Kap.4.2 gezeigt. Die Erläuterungen werden für Einspur gegeben, für Doppelspur fallen gewisse Bedingungen und Funktionen weg. Anhand des Schemas am Ende des Kapitels 3.1 kann man nachstehenden Funktionen verfolgen.


4.1.1. Fahrrichtung festlegen (nur für Einspur)

Diese Funktion erfordert folgende Bedienelemente:
Diese Schaltungen sind trivial und so auszuführen, wie sie in den Schemas der Blockbausteine am linken oder rechten Rand gezeichnet sind.


4.1.2. Anzeigen der Blockpfeile

Die Blockpfeile können an sich mit beliebigen Spannungen gespiesen werden. Bei Verwendung des Blockbausteins B03 muss Gleichstrom verwendet werden, weil in diesem Blockbaustein zwischen den Relaiskontakten v14 und f6
eine Diode vorkommt. Dieser Gleichstrom kann mit einer Einweg-Gleichrichtung erzeugt werden, in allen nachfolgenden Schemas ist dies der Standard. Der Strom fliesst von der Speisung über die Blockpfeillämpchen über das Blockkabel und wird im Blockbaustein an Masse gelegt. Die Bedeutung der Blockpfeile ist folgende:

Ader 9:
roter Blockpfeil, vom Bahnhof wegführend
Ader 10:
weisser Blockpfeil, vom Bahnhof wegführend
Ader 11:
weisser Blockpfeil, zum Bahnhof hinführend
Ader 12: roter Blockpfeil, zum Bahnhof hinführend
 
Strecke frei:
es leuchtet nur ein weisser Blockpfeil
Vorgemeldet:
es leuchten weiss und rot in derselben Fahrrichtung
Geblockt:
es leuchtet ein roter Blockpfeil

Einspurstrecke:
es leuchtet immer nur eine Fahrrichtung
Doppelspurstrecke:
pro Fahrrichtung leuchtet eine der drei obenstehenden Möglichkeiten

Das Stellwerk muss in der Lage sein, gewisse Blockinformationen abzufragen, weshalb die dafür benötigten Relais und die Blockpfeile im gleichen Stromkreis vorzusehen sind. Bei dieser Realisierung ist auch wieder Gleichstrom nötig. Diese Relaisbezeichnungen enthalten die Ader-Nummern. Empfohlen wird, dass die Blockpfeile mit Leuchtdioden (LED) ausgeführt werden, als Vorwiderstände können normale Widerstände (1/2 Watt) oder Relais verwendet werden. Siehe Skizze 6.


Skizzen 6-8

Die Widerstände und Relais sind so zu wählen, dass als Regel ca 10 mA durch die LED fliessen. Dies ergibt bei einer Versorgungsspannung von 24 V DC einen Widerstandswert von 2200 Ohm. Wenn die Leuchtdiode zu schwach oder zu stark leuchtet, kann dieser Wert angepasst werden. Wenn als Widerstand ein Relais verwendet wird, ist dessen Spulenwiderstand selten gleich dem Erforderlichen. Falls der Relais-Widerstand zu gross ist, muss parallel zur Spule ein Widerstand geschaltet werden (Skizze 7), falls er zu klein ist, braucht es parallel zur Leuchtdiode einen Widerstand (Skizze 8). Diese Werte sind mit dem ohmschen Gesetz oder experimentell zu bestimmen.
Parallel zur Relaisspule soll als Schutz für die Leuchtdioden noch eine Freilaufdiode geschaltet werden, damit Spannungsspitzen, die beim Abfallen entstehen, abgebaut werden anstatt Zerstörung anzurichten.


4.1.3. Verriegelung der Ausfahrsignale und Vormelden

Diese beiden Funktionen gehören zusammen, weil sie miteinander ausgeführt werden müssen. Ausfahrsignale dürfen nur dann auf Fahrt gestellt werden können, wenn die Strecke frei und bei Einspuren zusätzlich die Fahrrichtung vorhanden ist. Weiter muss die Vormeldung erfolgreich abgeschlossen worden sein. Dies erfordert einen dreistufigen Ablauf. Vergleiche Skizze 9.


Skizzen 9-10

Vom Plus geht der Pfad über den Ruhekontakt von Relais 9 (Strecke frei) über den Arbeitskontakt von Relais 10 (Fahrrichtung vorhanden) über einen kleinen Widerstand zur Strombegrenzung zum Fahrstrassenrelais, von dort weiter über den Druckknopf im Stellpültli zur Masse. Wenn dieser Pfad geschlossen ist, zieht das Fahrstrassenrelais auf. Ein Arbeitskontakt des Fahrstrassenrelais schaltet in der zweiten Phase die Ader 6 vom Blockkabel an Masse und meldet vor. Wenn die Vormeldung ausgeführt werden konnte (Blockpfeile weiss und rot leuchten), startet die dritte Phase: Relais 9 zieht auf und unterbricht den vorher beschriebenen Pfad, das Fahrstrassenrelais fällt aber noch nicht sofort ab, weil ein Kondensator parallel zur Spule dieses noch während ca einer Sekunde aufgezogen hält. In diesem kurzen Zeitraum fliesst ein anderer Strom vom Signal über einen Kontakt des Fahrstrassenrelais (noch aufgezogen) und Relais 9 (Vormeldung vorhanden) an Masse. Damit wird das Ausfahrsignal mit einem kurzen Impuls geöffnet. Bei geschickter Anordnung der Weichen können unter Umständen mit dem gleichen Pfad auch gleichzeitig die Weichen gestellt werden.
Für jede Ausfahr-Fahrstrasse ist eine solche Schaltung nötig, d.h. ab jedem Bahnhofgleise nach jeder Strecke. Wenn mehrere Strecken vorhanden sind, muss ein mehrbegriffiges Signal verwendet werden, wenn die Weichen mit dem gleichen Befehl (Draht) wie die Signalen gestellt werden sollen.



4.1.4. Blocken

Sobald der Zug ausgefahren ist, muss die Ader 7 des Blockkabels für kurze Zeit an Masse gelegt werden. Damit dies nicht vergessen wird, muss das Blocken automatisch erfolgen. Beim Vorbild erfolgt das mittels eines Gleiskontaktes oder einer Gleisisolierung. Im Modell kann beim 3-Leiterbetrieb die Ader 7 an ein Kontaktgleis angeschlossen werden, welches zwischen der letzten Weiche und dem Einfahrsignal der Gegenrichtung angeordnet wird.

Falls der Block mit Gleichstrom gespiesen wird, darf kein Wechselstromverbraucher (z.B. die Haltestellung der Ein- oder Ausfahrsignals) an dasselbe Kontaktgleis angeschlossen werden, weil sonst bei Nichtbelegung eine Verbindung vom Gleichstrom- zum Wechselstromnetz entstehen würde. Diese Einschränkung entfällt bei Wechselstromspeisung des Blockes oder bei Verwendung der Selbstbausignale, wie sie im Eisenbahn-Amateur 2/2004 beschreiben waren.


4.1.5. Rückmelden


Zum Rückmelden muss die Ader 8 an Masse gelegt werden. Dies kann manuell mit einer Taste erfolgen (Drücken). Beim 3-Leiter-System kann die Ader 8 auch an ein Kontaktgleis angeschlossen werden (Loslassen). Dies ergibt eine automatische Rückmeldung. Auf Einspurstrecken ist es zweckmässig, die Adern 7 und 8 an dasselbe Kontaktgleis anzuschliessen.

Bezüglich Trennung von Gleich- und Wechselstromnetz gelten die gleichen Einschränkungen wie im Kap 4.1.4 beschrieben.


4.1.6. Verriegelung der Einfahrsignale

Bei Einspurstrecken ist es sinnvoll, das Oeffnen der Einfahrsignale erst zu erlauben, wenn die zugehörige Strecke vorgemeldet oder geblockt ist. Sonst kann es vorkommen, dass ein Einfahrsignal schon offen ist, wenn in Folge einer Umdisposition die Fahrrichtung gewechselt werden muss. Um das vorzeitige Oeffnen der Einfahrsignale zu verhindern, ist je ein Arbeitskontakt des im Kap.4.1.2. erwähnten Blockrelais 12 einzufügen. Siehe Skizze 10.
 


4.1.7. Fahrstromüberbrückung Einfahrsignal

Wenn ein Zug aus einem Bahnhof auf eine Einspurstrecke ausfährt und beim Einfahrsignal eine Fahrstromisolierung vorhanden ist (analoger Fahrbetrieb der Anlage), bleibt der Zug stehen. Damit dies nicht geschieht, kann der Block zu Hilfe genommen werden: Bei der Ausfahrt ist das Blockrelais 9 aufgezogen, so dass ein Arbeitskontakt dieses Relais die isolierte Strecke vor dem Einfahrsignal mit Fahrstrom (FS) speist. Siehe Skizze 10.





4.2. Einfaches Stellwerk mit Märklin-Pültl
i
Dieser Vorschlag ist eher für Kinder und Jugendliche gedacht, die ihre Anlage immer wieder ändern oder neu bauen wollen. Die Anlage und das Stellwerk ändern von Zeit zu Zeit, die Blockbediengeräte bleiben immer dieselben.

Als Beispiel wird eine Kreuzungsstation mit 2 Gleisen und je einer Strecke links und rechts angenommen. Der Bahnhof hat 2 Weichen und 6 Signale. Siehe Skizze 11.


Skizze 11
Vorab ist dazu zu bemerken:
In beiden Bahnhofsgleisen ist an beiden Enden je ein Ausfahrsignal angeordnet, die bei analogem Fahrbetrieb alle eine eigene Fahrstromunterbrechung haben. Damit einfahrende Züge trotz dieser Unterbrechung erst vor dem in Fahrrichtung liegendem Ausfahrsignal anhalten, ist pro Gleis ein Universalfernschalter vorzusehen, der den Fahrstrom beim Ausfahrsignal der Gegenrichtung speist. Als Universalfernschalter kann auch ein bistabiles Relais oder der im Eisenbahn-Amateur 2/2004 beschriebene Selbstbau-Universalfernschalter verwendet werden. Er speichert die Fahrrichtung und überbrückt den einen oder andern isolierten Abschnitt vor dem Ausfahrsignal.
Das Prinzipschema, für ein Gleis gezeichnet, findet sich in Skizze 12.

Skizze 12

Für die Unterbringung der Block-Bedienelemente (Anzeigen und Tasten) wird pro Strecke oder Bahnhofseite ein kleines Gehäuse verwendet, ähnlich wie beim Vorbild: Wenn ein altes Stellwerk einen modernen Block erhält, geschieht dies mit einem Aufsatz, der die Anzeige- und Bedienelemente des Blocks enthält und häufig über oder neben dem alten Stellwerk angeordnet ist. Beispiel im Bild 17.

Bild 17
Bild 18
Bild 19
Bild 17
Schalterwerk mit Blockbediengerät in Oensingen

Bild 18:
Blockbediengerät für eine Einspur, links vom Bahnhof

Bild 19
Blockbediengerät für eine Einspur, rechts vom Bahnhof
 

Für die Modellbahn wählen wir das gleiche Vorgehen: Das Stellwerk wird zuerst einmal ganz normal ausgeführt, dann kommt ein Blockbediengerät als separates Gehäuse dazu. Bild18 und Bild 19 zeigen je ein solches Gerät. Es enthält auf der Frontplatte die Anzeige- und Bedienelemente und auf der zum Bahnhof zugewendeten Seitenwand die erforderlichen Buchsen zur Bahnhofsverdrahtung. Die Anschlüsse für das Blockkabel sind auf der hinteren Seitenwand angeordnet.

Die Bahnhofverdrahtung wird zuerst einmal so ausgeführt, als wäre kein Streckenblock geplant. Dann wird das fertige Blockbediengerät wie folgt angeschlossen:
Die vollständige Verdrahtung des Bahnhofs findet sich im Schema-42. Es handelt sich dabei grösstenteils um die normale Bahnhofverdrahtung, wie sie auch ohne Streckenblock nötig ist, neu ist nur der „Umweg“ der Oeffnungs-Befehle über das Blockbediengerät.

Bild 20
Bild 21
Bild 20
Gesamtansicht eines fertigen Bahnhofes mit Märklin-Pültli und Blockbediengeräten
Bild 21
Detailansicht des Stellwerkes. Die Verdrahtung erfolgte in Kabelkanälen.




4.3. Das Blockbediengerät im Detail

Das Blockbediengerät ist Bestandteil eines Stellwerkes und vereinigt alle notwendigen Elemente zum Verbinden des Blockes mit einem klassisch gesteuertem Bahnhof. Das Gerät schaltet die Befehle des Stellwerks zur Gleisanlage durch, sofern die Blockbedingungen dies zulassen. Zugleich wird der Block entsprechend angesteuert. Die benötigten Funktionen sind im Kap 4.1 beschrieben, weshalb sie hier nicht wiederholt werden. Die Verdrahtung findet sich im Schema-Blockbedien.
Das Gerät besteht aus einer Printplatte, dem Gehäuse mit Frontplatte und den Steckern. Die Printplatte wird in Leiterplatte-Blockbedien und Bestückung-Blockbedien wiedergegeben. Sie sind so konzipiert, dass auf derselben Platte zwei komplette Einheiten Platz finden. Eine Einheit ist wahlweise für eine Einspur oder eine „normale“ Doppelspur zu gebrauchen. Der Unterschied zwischen Einspur und Doppelspur besteht lediglich in einer anderen Anordnung der Bedienungselemente auf der Fontplatte: Bei der Doppelspur fehlen die Funktionen Festhalten und Anfordern, zudem sind die Blockpfeile auf 2 Gleise verteilt statt nur auf eines. Das Blockbediengerät kann in ein eigenes Gehäuse eingebaut werden. Dabei lassen sich folgende Kombinationen verwirklichen:
•    eine Einspur
•    eine Doppelspur
•    2 Einspuren
•    2 Doppelspuren
•    eine Ein- und eine Doppelspur.
Der Unterschied dieser Kombinationen besteht nur in der Frontplatte.
Beispiele von solchen Realisierungen sind in den Bildern 18 –19 und 22 – 24 gezeigt. Die in Bild 18 und 19 gezeigten Geräte sind für eine Strecke gebaut, dabei wurde nur die halbe Printplatte bestückt, die Anschlüsse an das Stellwerk und die Gleisanlage erfolgen mit Märklin-Streckern.

Bild 22
Bild 23
Bild 24
Bild 22:
Blockbediengeräte in anderen Ausgestaltungen
Bild 23
Blockbediengerät geöffnet
Bild 24
Die fertige Printplatte

Bild 22  zeigt zwei solcher Geräte: Je eines für die linke und rechte Seite eines Bahnhofs. Das linke ist für eine Einspur und eine Doppelspur, das rechte für zwei Einspuren. Als Anschluss zum Stellwerk verfügen diese Kästchen über einen 25-poligen D-Sub-Stecker, der direkt im Stellwerk eingesteckt werden kann.
Bild 23  zeigt das rechte Gerät von Bild 22  in geöffnetem Zustand (2 x Einspur). Zu sehen sind vorn und hinten die Lüsterklemmen-Anschlüsse für die beiden Blockkabel (je eines pro Strecke), links sind die Stecker zu erkennen, die zum Stellwerk gehen (je einer pro Strecke, 25-poliger D-Sub)  und rechts sind die beiden Anschlüsse für die Bedienelemente auf der Frontplatte (9-poliger D-Sub). Bild 24  zeigt die fertige Printplatte, sie ist für 3 Fahrstrassen bestückt.

Das Blockbediengerät in der hier dokumentierten Form ist aus Platzgründen ausgelegt für 3 Fahrstrassen pro Ein- und Ausfahrt. Falls nur 2 Fahrstrassen erforderlich sind, entfallen einige Bauteile, siehe Bestückungsplan, bei 4 Fahrstrassen kommen weitere Bauteile dazu.

Das Blockbediengerät kann auch direkt in ein Stellwerk eingebaut werden statt in einem separaten Gehäuse angeordnet werden. Ein Beispiel wird im Kapitel 4.5 beschrieben.




4.4. Komplizierte Gleisanlage mit Märklin-Pültli

Es handelt sich um eine Kreuzungsstation mit 3 Gleisen und je 2 Einspurstrecken auf beiden Seiten. Die Anordnung der Weichen erlaubt, deren Stellbefehle an den gleichen Draht zu hängen wie die Signalstellbefehle. Der Gleisplan findet sich in Skizze 13.


Skizze 13

Von der Schaltung her enthält dieses Beispiel keine neuen Elemente mehr. Es zeigt jedoch mit besserer Deutlichkeit, wie die verschiedenen Elemente zusammengeschaltet werden müssen. Es werden deshalb keine weiteren Erklärungen mehr abgegeben.  Schema-44-A  zeigt die Verdrahtung. Sie wurde an die Aufteilung auf 4 Bretter angepasst, so dass es möglichst wenige Verbindungen zwischen den Brettern gibt.

Falls die Anordnung der Weichen es nicht erlaubt, deren Stellbefehle an den gleichen Draht zu hängen wie die Signalstellbefehle, sind zusätzliche Relais zum Stellen der Weichen nötig. Auf der Skizze 14 ist eine solche Konfiguration aufgezeichnet. Ein Relais ist immer dann nötig, wenn die gleiche Weichenstellung für verschiedene Fahrstrassen benötigt wird, beispielsweise ist die Weiche 1 auf Ablenkung zu stellen für die Fahrstrassen vom Signal A nach Gleis 2 und 3. Die Verdrahtung für den linken Teil ist im  Schema-44-B  dargestellt.
Zum Ausdrucken gibt es eine Datei mit einer besseren Auflösung (ca 930kB): Schema-44-B-gross. Die Speisung der Relais kann mit 16 Volt Wechselstrom erfolgen, weil die Relais mit einer Diode, einem Kondensator und einem Widerstand ausgerüstet sind.

Skizze 14




4.5. Gleisbildstellwerk im Märklin-Pültli-Prinzip (Eintastenbedienung)

Es geht in diesem Kapitel darum, die prinzipielle Lösung entsprechend Kap. 4.2 beizubehalten, lediglich die Tasten der Märklin-Pültli werden am richtigen Ort in einem Gleisbild angeordnet. Als Tasten werden billige Drucktaster verwendet, die im Bastlerladen für ca  80 Rappen erhältlich sind. Dies ergibt nebst der besseren Uebersichtlichkeit eine Kosteneinsparung. Das Schaltschema bleibt unverändert. Es entsteht ein Gleisbildstellwerk mit der sogenannten Eintastenbedienung. Das heisst, dass mit Drücken einer Taste die entsprechende Funktion ausgeführt wird. Die Signale sind wohl auf dem Pult aufgemalt, aber das aktuelle Signalbild kann nicht dargestellt werden, weil das Signal ausgelagert ist und seine aktuelle Stellung im Pult nicht bekannt ist. Der Vorteil dieser Art Stellwerk ist die bessere Bedienbarkeit, besonders bei komplizierteren Gleisplänen. Dieser Vorteil wird erkauft mit einem Mangel an Flexibilität: Wenn das Stellwerk einmal gebaut ist, kann es nur für den gewählten Gleisplan eingesetzt werden. Die Weichensteuerung kann ohne Zusatzaufwand mit einbezogen werden, sofern die Gleisanlage einfach ist, andernfalls ist dies mit zusätzlichen Relais möglich.
Bild 25 zeigt ein solches Stellwerk. 
Die Gleisanlage entspricht derjenigen von Skizze 13, das Schema ist gleich wie Schema-44-A.
Die beiden Blockbediengeräte werden über 25-polige D-Sub-Stecker direkt ins Stellpult eingesteckt.

Als Variante können die Blockbediengeräte direkt ins Stellpult integriert werden. Deren Bedienelemente sind dann direkt im Stellpult angeordnet. Das Schaltschema bleibt das Gleiche, alle Elemente sind in einem einzigen Gehäuse zusammengefasst. Bild 26 zeigt eine solche Anordnung. Man beachte, dass die Doppelspur nach rechts keine Blockbedienelemente benötigt, lediglich die Anzeigen der Blockpfeile sind vorhanden.
Das Bild 26 hat noch zwei Besonderheiten: In diesem Stellwerk sind auch die Signalrelais im Stellwerk untergebracht, weshalb die Signalstellungen auf dem Pult angezeigt werden können. Weiter hat der Bahnhof einen automatischen Signalbetrieb, der von den Blockpfeilen und den Besetzmeldungen angestossen wird. Liebhaber von Relaisschaltungen können sich im Schema-45 nach Herzenslust tummeln.

Bild 25
Bild 26
Bild 25
Gleisbildstellwerk mit Eintastenbedienung und separaten Blockbediengeräten
Bild 26
Gleisbildstellwerk mit Eintastenbedienung und integrierten Blockbediengeräten







4.6. Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung und externen Signalen
Eine noch einfachere Bedienung erreicht man mit der sogenannten Zweitastenbedienung. Diese ist beim Vorbild die Norm. Zur Ausführung eines Befehls sind zwei Tasten gleichzeitig zu drücken. Wenn zwei Tasten gedrückt werden, die nicht zusammen passen, geschieht nichts. Wir nützen dieses Prinzip um Fahrstrassen einzustellen: Es sind Start- und Ziel-Taste gleichzeitig zu drücken. Die Start-Taste ist immer beim zu öffnenden Signal. Die Ziel-Taste ist bei einem Signal oder eine Strecke, nämlich dort, wo die Fahrstrasse hinführen soll. Der Zusatzaufwand gegenüber der Eintastenbedienung ist bescheiden: Für jede Einfahrts-Fahrstrasse braucht es ein zusätzliches Relais. Anderseits ist der Gewinn an Bedienungsfreundlichkeit nicht zu unterschätzen. Die Weichensteuerung kann ohne Zusatzaufwand mit einbezogen werden, sofern die Gleisanlage einfach ist, andernfalls ist dies mit zusätzlichen Relais möglich. Weiterhin nach dem Prinzip der Eintastenbedienung werden Anfordern und Festhalten gesteuert, der Aufwand für die Zweitastenbedienung dieser Funktionen wäre erheblich, aber nicht unmöglich.

Der Unterschied gegenüber der Eintastenbedienung ist der, dass die Fahrstrassenrelais nicht mehr mit einer Taste angesteuert werden, sondern mittels einer Matrix über zwei Tasten. In den Matrixpunkten befindet sich das Fahrstrassenrelais, siehe Skizze 15 rechts. Links ist der entsprechende Teil der Skizze 9 wiederholt.

Skizze 15

Zudem bekommen auch die Einfahrts-Fahrstrassen ein Relais, die nach gleicher Art und Weise angesteuert werden. Neu sind die Dioden, die Rückwärtsströme durch die Matrix verhindern. An der prinzipiellen Schaltung hat somit nur geändert, dass jetzt beidseits der Fahrstrassenrelais je eine Taste angeordnet wurde. Dies bedeutet aber, dass die Fahrstrassenrelais  B..  aus den Blockbediengeräten ins Stellwerk hinübergerutscht sind. Die Blockbedienelemente können jetzt auf dem Gleisbild angeordnet werden statt in einem separaten Kästchen. Die Speisung der Blockpfeile kann jetzt mit derselben Gleichspannung erfolgen wie die Ansteuerung der Fahrstrassenrelais. Dies erlaubt, die Relais X10 und X12 einzusparen, denn genau diese Funktion stand ursprünglich nur in den Blockkästchen zur Verfügung. Das Stellwerk wird durch all diese Massnahmen aufwändiger in der Verdrahtung, das separate Blockbediengerät entfällt. Die Komplexität des Gesamtsystems wird kleiner.

Mit diesen Aenderungen kann jetzt die Funktionsweise des Stellwerks für die Gleisanlage von Kap.4.2 anhand des Schema-46-A  erklärt werden, wobei die meisten Aussagen schon einmal gemacht worden sind, hier aber zusammengefasst werden.
Wir wollen verfolgen, wie ein Zug von links (Strecke Y) über Gleis 2 nach rechts ( Strecke Z) fährt.
Zum Oeffnen des Einfahrsignals A drücken wir die Starttaste TA und gleichzeitig die Zieltaste TE. Der Strom fliesst vom Plus über den Widerstand 100 Ohm (dient der Strombegrenzung beim Aufladen des später erklärten Kondensators) über die gedrückte Taste TE zum Relais AE. Das Relais zieht auf. Der Strom fliesst weiter über die Diode zur gedrückten Taste TA, dort weiter auf die Ader 12. Der Blockbaustein legt diese Ader auf Masse, wenn der Zug vorgemeldet oder schon unterwegs ist. Falls dies nicht der Fall wäre, könnte das Signal nicht auf Fahrt gestellt werden. Falls das Signal trotzdem auf Fahrt gestellt werden soll, kann der Stromkreis nach der Taste TA direkt auf Masse gelegt werden. Hier wird deutlich, dass das Schema auch für Bahnhöfe ohne Streckenblock verwendet werden kann.
Das Relais AE ist also aufgezogen worden. Der Arbeitskontakt ae (die Kontakte werden mit Kleinbuchstaben bezeichnet) schaltet den Stromkreis vom Signal SA (blauer Draht mit orangem Stecker) auf Masse. Am gleichen Draht hängt auch der Weichensteuerdraht (blauer Draht mit rotem Stecker), so dass gleichzeitig das Signal auf Fahrbegriff 2 (Ablenkung) verbracht wird und die Weiche auf Ablenkung gestellt wird. Das offene Signal schaltet auf Anlagen mit analogem Fahrbetrieb den Fahrstrom vor dem Signal ein, der Zug fährt ein.
Nach dem Signal kommt die Zugspitze auf das erste Kontaktgleis. Die Ader 8 wird dadurch an Masse gelegt, der Block führt die Rückmeldung allerdings erst dann aus, wenn der letzte Wagen des Zuges das Kontaktgleis verlassen hat (Rückmelden mit Loslassen). Gleichzeitig wird auch die Ader 7 an Masse gelegt, was aber nichts bewirkt, weil diese Ader im Blockbaustein nur in umgekehrter Fahrrichtung aktiv werden kann. Die Zugspitze kommt zum zweiten Kontaktgleis. Dort wird das Einfahrsignal SA auf Halt gestellt. Eine Taste für die Haltstellung gibt es nicht, dies in Analogie zum Vorbild, wo nur der fahrende Zug ein einmal offenes Signal auf Halt stellen kann. Die zwei getrennten Kontaktgleis sind darum nötig, damit zwischen dem Gleichstromnetz des Blockbausteins und der Wechselstromspeisung des Signals kein Kurzschluss entsteht. Falls der Block jedoch mit dem gleichen Strom versorgt wird wie das Signal (16 Volt Wechselstrom), können die beiden Kontaktgleise zusammengelegt werden.
Der Zug fährt weiter über die Weiche und kommt auf das Kontaktgleis unmittelbar nach der Weiche. Dort wird der Stromkreis geschlossen, der erstens das schon geschlossene Signal SC nochmals schliesst, zum zweiten aber das Relais G2 aufzieht. Dieses wird vom Wechselstromnetz über einen Gleichrichter gespiesen. Der Umschaltkontakt g2 schaltet und speist die stromlose Strecke vor dem Ausfahrsignal SC, so dass der einfahrende Zug weiterfährt bis zur stromlosen Strecke vor dem Ausfahrsignal SE, wo der Zug anhält. Das Relais G2 (ebenso G1) ist ein bistabiles Relais und behält seine Stellung bei, auch wenn das Kontaktgleis wieder frei wird.
Damit der Zug ausfahren kann, ist es nötig, dass der Streckenblock frei und die Fahrrichtung vorhanden ist. Wenn die Fahrrichtung nicht vorhanden ist, muss sie zuerst angefordert werden. Dies geschieht durch Drücken der TAF-Taste, welche die Ader 5 an Masse legt. Der Blockbaustein wechselt darauf die Fahrrichtung, es leuchtet jetzt nur der weisse Blockpfeil in Richtung Strecke Z. Damit sind die Voraussetzungen für eine Ausfahrt erfüllt.
Wir drücken gleichzeitig die Tasten TE und TZ. Der Strom fliesst vom Plus über den Widerstand und TE zum Relais EZ, zieht dieses auf, fliesst weiter über den Ruhekontakt  z9,  der noch geschlossen ist (roter Blockpfeil 9 leuchtet noch nicht) über die Taste TZ auf die Ader 10 zum Blockbaustein. Dort wird der Strom auf Masse geschaltet (die Fahrrichtung ist ja vorhanden). Mit dem Aufziehen des Relais EZ wird der Arbeitskontakt  ez  geschlossen, der die Ader 6 am Masse legt und dem Blockbaustein den Zug vormeldet.
Sobald der Blockbaustein die Vormeldung verarbeitet hat, wird dies angezeigt, indem der rote und weisse Blockpfeil leuchten. Z9 zieht auf. Damit wird der vorher beschriebene Stromkreis unterbrochen, das Relais EZ bleibt aber noch während zirka einer Sekunde aufgezogen, weil der parallel geschaltete Kondensator sich zuerst entladen muss. Während dieser Zeit fliesst jetzt ein Strom von der Speisung zum Signal SE und kommt beim Ausgang F2 heraus, fliesst weiter über den Arbeitskontakt  ez  zum Arbeitskontakt  z9,  das Signal öffnet sich. Nach Ablauf der Sekunde wird der Strom wieder unterbrochen. Der Kontakt  z9  kann auf zwei verschiedene Arten beschaltet werden: Im Normalfall ist es ein getrennter Kontakt. Dies ist im linken Teil des Schemas so dargestellt (y9). Falls als Signal SD und SE das im Eisenbahn-Amateur 2/2004 beschriebene Selbstbausignal verwendet wird, kann als Arbeitskontakt auch der freie Anschluss des bereits verwendeten Ruhekontakts  z9  vor TZ verwendet werden. Damit kann ein Relais gespart werden, denn so werden nur 2 Kontakte am Relais Z9 benötigt und es muss nicht verdoppelt werden wegen des fehlenden dritten Kontaktes. Diese Situation ist im rechten Teil des Schemas dargestellt.
Das geöffnete Signal schaltet im stromlosen Abschnitt vor dem Signal SE den Fahrstrom ein, der Zug fährt ab. Er überfährt kurz darauf ein Kontaktgleis, wodurch das Signal wieder geschlossen wird. Der Zug fährt weiter über die Weiche, die der Einfachheit halber nicht gestellt worden ist und eventuell aufgeschnitten wird. Das Stellen der Weiche wäre mit Zusatzaufwand durchaus möglich gewesen. Der Zug fährt weiter und befährt nach der Weiche ein Kontaktgleis, welches das schon geschlossene Einfahrsignal SF nochmals schliesst. Der Zug fährt weiter zum zweiten Kontaktgleis und legt die Ader 7 an Masse, was im Blockbaustein das Blocken der Strecke bewirkt. Gleichzeitig wird auch die Ader 8 an Masse gelegt, was aber nichts auslöst, weil diese Ader im Blockbaustein nur in umgekehrter Fahrrichtung aktiv werden kann.
Damit bei der Weiterfahrt der Zug auf der isolierten Strecke nach dem Einfahrsignal nicht stehen bleibt, wird diese über einen Kontakt am Z9-Relais mit Fahrstrom versogt (nur nötig bei analogem Fahrbetrieb).

Damit ist die Funktionsweise der Relaisschaltung anhand einer Zugfahrt erklärt. Es bleiben noch ein paar Schlussbemerkungen.

Um die Zeichnung nicht zu überladen, sind bei den Signalen die Versorgungsspannungen nicht eingezeichnet, ausser beim Signal SA (als Muster). Es sind dies: Masse, 16 Volt Wechselstrom und der Fahrstrom. Auch bei den Weichen fehlen die 16 Volt Wechselstrom.

Bei einer Spannungsversorgung von 24 V= werden 10-12 normale (monostabile) Relais mit 2880 Ohm Spulenwiederstand und 2 bistabile Relais mit 1600 Ohm gebraucht. Die benötigten Kontakte sind in der Relaisliste angegeben: a = Arbeitskontakt, r = Ruhekontakt und u = Umschaltkontakt.

Die Relais Y9 und Z9 sind im Normalfall zu verdoppeln, weil 3 Kontakte benötigt werden. Im Schaltschema ist dieser Fall auf der linken Seite (Strecke nach Y) gezeichnet. Der Widerstand 100 Ohm im Stromkreis wird als Kurzschlussschutz für die LED eingesetzt, der Widerstand 470 Ohm sorgt dafür, dass die Leuchtdiode im Vergleich zu den übrigen nicht zu hell leuchtet. Unter Umständen ist dieser Wert leicht abzuändern (ausprobieren).

Falls Selbstbausignale gemäss Eisenbahn-Amateur 2/2004  verwendet werden (sie weisen eine interne Diode auf), werden beim Z9-Relais nur noch 2 Kontakte benötigt, weshalb auf die Verdoppelung der Z9-Relais verzichtet werden kann. Das Schaltschema ist leicht abzuändern: Der Widerstand 470 Ohm wird weggelassen und anstelle des fehlenden Relais ein Widerstand von 8200 Ohm einzufügen. Im Schaltschema ist diese Anordnung des Z9-Relais bei der Strecke nach Z gezeichnet.

Die Verdrahtung ist so konzipiert, dass die Anlage in der Mitte getrennt werden kann (2 Bretter). Das Stellwerk soll dann auf der hinteren Seite mit zwei Steckern ausgerüstet werden, jeder geht auf ein Brett.




So weit die Beschreibung für den einfachen Bahnhof. Um auch bei grösserer Komplexität die Zusammenschaltung illustrieren zu können, wird das Schema eines weiteren Bahnhofs ohne grossen Kommentar angefügt. Der Bahnhof hat 3 Gleise, als Strecken eine Einspur, eine Doppelspur und eine banalisierte Doppelspur.

Skizze 16

Es sollen stellwerksmässig alle Fahrstrassen stellbar sein, die von den Weichen her möglich sind, was zahlreiche Fahrstrassen gibt. Die Verdrahtung eines solchen Bahnhofs ist aufwändig und braucht Durchhaltewillen, wer aber gerne lötet, wird seien Spass daran haben.

Ein Wort noch zur Weichensteuerung: Die Weiche 2 steht als Handweiche immer auf Ablenkung, die Weiche 3 ist auch eine Handweiche in beliebiger Stellung. Sobald die übrigen Weichenstellungen in mehreren Fahrstrasse benötigt wird, braucht es für diese Stellung ein Relais (Hin- und Rückfahrt gelten hier als 2 Fahrstrassen!). Das bedeutet für einige Weichen zwei zusätzliche Relais. Das eine Relais stellt die Weiche mit Wechselstrom gerade, das andere Ablenkung. Angesteuert werden die Relaisspulen von den Fahrstrassenrelais her: Die Fahrstrassenrelais der Einfahrt haben einen freien Arbeitskontakt, von hier aus werden über Dioden alle benötigten Weichenrelais angesteuert. Die Fahrstrassenrelais der Ausfahrt haben keinen freien Kontakt mehr, aber der Vormeldekontakt (Ader 6 an Masse) kann für diesen Zweck gebraucht werden, indem über zusätzliche Dioden die Relaisspulen und der Vormelde-Stromkreis über den gleichen Kontakt an Masse gelegt werden. Details sind aus dem  Schema-46-B  ersichtlich. Weil dieses Schema sehr gross ist (ca 600 kB), kann jeweils auch nur ein Viertel davon betrachtet werden:  Schema-46-B1Schema-46-B2Schema-46-B3  und  Schema-46-B4.  Zum Ausdrucken gibt es Dateien mit einer besseren Auflösung (ca 600kB):  Schema-46-B1-grossSchema-46-B2-grossSchema-46-B3-gross  und  Schema-46-B4-gross.  Die ausgedruckten Dateien können exakt zusammen geklebt werden.





4.7. Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung und internen Signalen

Interne Signalrelais bieten die Möglichkeit, Schaltungen anders aufzubauen und kompliziertere Funktionen zu realisieren, und dies ohne grossen Mehraufwand. Automatischer Signalbetrieb oder Durchschaltungen sind solche Beispiele. Die Signale werden vollständig im Stellwerk realisiert und im Gleisfeld befinden sich nur noch die Signallampen. Aeusserlich unterscheidet sich ein solches Stellwerk wenig von demjenigen nach Kap.4.6, die innere Steuerung kann aber ganz verschieden sein. Die externe Verdrahtung wird einfacher, da alle Relais von der Gleisanlage ins Stellwerk verschoben worden sind.
Die Stellung der Signale kann jetzt auf dem Gleisbild angezeigt werden. Als Signalrelais können die billigen, monostabilen verwendet werden (dank elektrischer Selbsthaltung). Auch lässt sich realisieren, dass die Ausfahrsignale erst dann auf rot schalten, wenn der letzte Wagen die erste Weiche nach dem Signal verlassen hat (wie beim Vorbild). Es können Vorsignale realisiert werden, die z.B. als Ausfahrvorsignale richtig funktionieren.
Anhand eines Bahnhofes gemäss Kap.4.2. soll hier ein mögliches Schaltschema für die rechte Hälfte des Bahnhofs gezeigt werden (Schema-47 oder Schema-47-gross). Es handelt sich um einen Kopfbahnhof. Für ein Durchgangsbahnhof würde der linke Teil des Schemas symmetrisch aussehen. Das Studium dieses Schemas lohnt sich, weil darin verschiedene Grundfunktionen verwendet worden sind, die bisher nicht dargestellt worden sind. Zum Beispiel ist eine komplizierte Weichensteuerung eingebaut, die es erlaubt, alle erforderlichen Weichen nacheinander zu stellen, oder es wird gezeigt, wie die Fahrrichtung von Märklin-Lokomotiven automatisch gewechselt werden kann.


Bild 27
Bild 27:
Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung und internen Signalen





4.8. Die Steuerung mit einer PC-Software

Es wurde schon gesagt, dass der Streckenblock benötigt wird, um Strecken zwischen autonomen Stellwerken abzusichern. Auf einem PC-Stellwerk wird in der Regel die ganze Anlage abgebildet und gesteuert, so dass keine Strecken ausserhalb des Stellbereiches führen. Deshalb ist auf solchen Anlagen kein Streckenblock nötig.

Anders ist es, wenn Strecken vom PC-Stellwerk aus in Stellbereiche führen, die von einem andern Stellwerk oder PC gesteuert werden. In diesen Fällen ist ein Streckenblock nötig. Die Software Railroad&Co erlaubt den vorbildgerechten Einbezug des Streckenblocks in das PC-Stellwerk . Auch die Blockpfeile können mit einigem Aufwand vorbildgerecht dargestellt werden.
Bild 28 zeigt eine solche Lösung. Es ist sogar möglich, den Blockbaustein im Railroad-Programm zu programmieren, was den Hardware-Aufwand verkleinert.

Wer will, kann zusätzlich zur PC-Oberfläche ein Hardware-Stellwerk bauen und an den PC anschlissen. Die Bedienung kann dann wahlweise mit der Maus oder am Gleisbildstellwerk erfolgen. Letzteres erlaubt, dass mehrere Bahnhofvorstände je an ihrem eigenen Stellwerk arbeiten und einander nicht in die Quere kommen. Bild 29 zeigt das Gleisbildstellwerk zum gleichen Bahnhof wie Bild 28.

Auch andere Programme verfügen über Funktionalitäten, die den Einbezug des Streckenblocks erlauben. Ein Beispiel zeigt Bild 30, wo mit der grafischen Oberfläche von Excel und einem dazugehörenden VBA-Programm ein Stellwerk realisiert worden ist.

Bei solchen Programmen wird der Block mit Befehlen (Ausgängen) gesteuert und die Blockzustände als Meldungen eingelesen. Es braucht dazu die üblichen Decoder und Encoder. Das Zusammenspiel Block mit Stellwerk wird innerhalb des Digitalsteuerprogrammes konfiguriert und kann in beliebiger Komplexität und Vorbildtreue gelöst werden.


Bild 28
Bild 29
Bild 30
Bild 28
Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung auf dem PC-Bildschirm (Programm Railroad

Bild 29
Der gleiche Bahnhof als Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung
Bild 30
Gleisbildstellwerk mit Zweitastenbedienung auf dem PC-Bildschirm (Excel + VB
A) 








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