Um mehr als nur einen Zug unfallfrei auf einer Strecke fahren zu lassen braucht es Signale oder zumindest Abschnitte (Blockstellen) in denen Züge anhalten können. In der Realität wird das mit sogenannten Streckenblocks gemacht, wir schauen uns hier eine vereinfachte Variante für die Modelleisenbahn an.
Der Streckenblock
Im Original besteht eine Gleisstrecke aus einer Aneinanderreihung von Abschnitten an deren Ende jeweils ein Signal (und davor ein Vorsignal) steht. Das Befahren des nächsten Abschnitts wird solange durch ein Rot-Signal blockiert, bis dieser als frei gemeldet wird und der vorausfahrende Zug durch ein rotes Signal geschützt ist. Diese Frei- bzw. Belegtmeldung ist also von zentraler Bedeutung. Im einfachsten Fall geschieht sie durch mechanische Kontakte bei Ein- und Ausfahrt, die durch ein hervorstehendes Teil des Zuges berührt werden oder berührungslos durch Beaufschlagung der Gleise eines Streckenabschnitts mit einer geringen Gleichspannung, deren Stromkreis durch die Achsen eines anwesenden Zuges geschlossen wird. Moderner – damit auch die Vollständigkeit aller Wagen erfasst wird – wird eine kontaktlose Achszählung am Anfang und Ende eines Abschnitts eingesetzt. Wer tiefer einsteigen will, dem sei wieder einmal Wikipedia empfohlen https://de.wikipedia.org/wiki/Streckenblock .
Belegtmeldung bei der analogen Gleichstrommodelleisenbahn
Im Modell ist die Frei- oder Belegtmeldung gar nicht so einfach zu realisieren. Eine oft gewählte Möglichkeit für die Überwachung der Ein- und Ausfahrt durch Kontakte ist zum Beispiel die Ausstattung von Lok und Endwagen mit Magneten, die über Reed-Relais oder Hall-Effekt-Sensoren fahren. Ein Vorteil ist, dass ein Verlust von Wagen erkannt wird und zum Blockieren der Strecke führt. Nachteil ist jedoch die notwendige „Umrüstung“ aller Züge. Es gibt auch mechanische Schaltgleise (z.B. Roco 42518 (Amazon) ), die durch Überfahren ausgelöst werden. Hier muss auf jeden Fall die Kompatibilität mit einem vorhandenen Fuhrpark getestet werden. Naheliegend sind auch Reflexionslichtschranken, z.B. mit Infrarotmodulen zur Hinderniserkennung (Amazon). Hier gilt es die Reflexion durch verschiedene Loks zu testen (notfalls mit reflektierender Klebefolie nachhelfen) und Streulicht, insbesondere Sonnenlicht, fernzuhalten. Die Beaufschlagung mit einem Prüfstromkreis ist auch problematisch, da bei einer analogen Gleichstrombahn die Räder auf einer Achse im Gegensatz zu Wechselstrommodellen voneinander isoliert sind. Geprüft werden kann also nur die Anwesenheit einer Lok oder eines Wagens mit Beleuchtung.
Daher entschied ich mich dazu einen Stromfluss in einem Blockabschnitt zu messen. Das spart dann auch eine extra Verkabelung. Gelöst habe ich das mittels INA219 Stromsensoren (Amazon), die über einen I2C-Bus mit dem ESP32 kommunizieren. Wie genau, wird in einem nächsten Teil beschrieben. Hier will ich noch weiter auf die eigentliche Logik eingehen.
Die Frage der Position
Zur Positionierung vor einem Signal bedarf es nicht nur einer Belegtmeldung durch einen Sensor für den ganzen Abschnitt, sondern noch eine punktuelle Positionsmessung. Infrage kommen letztlich alle bereits oben aufgeführten Methoden zur Überwachung der Ein- und Ausfahrt. Der Einfachheit halber, wird hier auf diese Positionierung verzichtet. Der Zug kommt also, je nach Geschwindigkeit und Nachlaufverhalten, an einer zufälligen Stelle innerhalb des Block-Abschnitts zum Halt. Der Bremsvorgang beginnt dabei immer schon bei der Einfahrt in den Abschnitt.
Die Blockstellenlogik
Im einfachsten Fall sollen 2 Züge eine Strecke mit 3 Abschnitten befahren.
Ein Block wird auf grün geschaltet, wenn der folgende Block frei ist.
Im Ausgangszustand befinden sich die beiden Züge beispielsweise in Block 1 und Block 2. Der leere Block 3 meldet frei, steht aber auf rot, da sich ein Zug in Block 2 befindet. Dadurch wird Block 1 grün geschaltet und der Zug kann anfahren und bewegt sich in Richtung Block 3.
Sobald die Lok die Grenze zu Block 3 überfahren hat, wird Block 3 als belegt gemeldet, da jetzt Strom (auch) aus Block 3 gezogen wird. Block 3 ist wegen dem anderen Zug in Block 2 weiterhin rot, also wird der Zug abgebremst und zum Halt gebracht. Mit der Einfahrt des letzten stromverbrauchenden Wagens wird Block 1 freigemeldet, da dort der Stromverbrauch auf 0 sinkt.
Dadurch wird Block 2 nun auf grün geschaltet und der Zug dort kann anfahren und bewegt sich in Richtung Block 1.
Und immer so weiter 😉
Hinweise:
- Die Abschnitte müssen so dimensioniert sein, dass ein Zug direkt nach Einfahrt in den nächsten Abschnitt anhalten kann und möglicherweise alle Wagen im Ende des vorherigen Abschnitts stehen können, ohne dass ein möglicherweise mit Höchstgeschwindigkeit folgender Zug auffährt.
- Die Abbrems-Logik muss berücksichtigen, dass eventuell ein stromverbrauchender Wagen am Ende des Zuges kommt. Ein „blindes“ Anhalten würde dazu führen, dass der vorherige Abschnitt nicht frei wird. Daher darf der Abbremsvorgang erst vollendet werden, wenn die Freimeldung des vorherigen Blocks vorliegt.
In den nächsten Teilen gehe ich auf die technische Umsetzung ein. Anfangen werde ich mit dem Belegtmelder.