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Fahrstrom, Rechteck, Automatikblockbetrieb und Handregler

zucker

Foriker
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unter der Anlage
Hallo,

auch auf die Gefahr hin, daß das vor langer Zeit mal so gemacht wurde, im Zeitalter der Decoder in der Lok nicht mehr relevant ist und antiquiert ausschaut und reine DCC Fahrer ein müdes Lächeln dafür übrig haben; vielleicht ist es doch für den ein oder anderen Modellbahner interessant.

Fahrstrom im Rechteckformat, anwendbar für Handregler und den Automatikbetrieb in Blockform, mit Anfahr- und Bremssteuerung sowie "Licht bleibt an" bei Stillstand und einigen Sicherheitsvorkehrungen für den Verkehr. Gefahren wird im Rechtsverkehr. Zum ständigen "Licht bleibt an" ist zu schreiben - funktioniert nur mit LED, Glühlampen sind dafür zu träge.

Es gibt einen Taktgenerator für alle nachfolgenden PWM Aufbereiter. Die Taktfreq. liegt bei 10Khz und wird mit dem guten alten NE555 erzeugt. Die Weitergabe an die folgenden PWM Steller (NE7555) werden mit 2 Leitungen bewerkstelligt, eine als U ref, die andere als Trigger für den 7555. Der Sinn eines Taktgenerators für alle folgenden 7555 ,liegt in der exakten Steuerung der PWM innerhalb des selben Taktes. Somit wird beim überfahren einer Blocktrennstelle kein Sprung in der Geschwindigkeit des Tfz erzeugt.

Die gesamte Schaltung ist galvanisch zwischen der Stromversorung der Elektronik und der Fahrstromversorgung mittels Optokopplern getrennt. Deshalb gibt es eine sw und eine bl Masse.

Bei allen Oszibildern entspricht eine Kästchen für Time/Div 20µs und für Volt/Div 2V

Plan Taktgenerator:
Taktgenerator 3 Plan.GIF

Oszibild am Knotenpunkt R3, C1, PIN 6 und 2 des 555:
Taktgenerator 4 Oszi Trigger - Uref.JPG

Oszibild am Knotenpunkt R5, T1 K:
Taktgenerator 5 Oszi Ua - Trigger.JPG

Oszibild, beide Kurven überlagert:
Taktgenerator 6 Oszi Uref und Trigger für 7555.JPG

Platine, 100 x 53
Taktgenerator 1 Layout.GIF

Platine bestückt:
Taktgenerator 2 Platine bestückt.JPG



Plan Handregler:
Handregler 3a Plan 7555.GIF

Platine 100 x 53:
Handregler 01 Layout.GIF

passen 3 Stück auf eine 160 x 100:
Handregler 1 Platine unbestückt.JPG

Platinen bestückt und getestet:
Handregler 2a Platine bestückt 7555.JPG

Oszibild Lok steht steht, Licht bleibt an:
Fahrregler PWM OPV 555 Handregler Lok steht, Licht an.JPG

Oszibild "große Fahrt":
Fahrregler PWM OPV 555 Handregler große Fahrt.JPG

Oszibild "Vollgas"
Fahrregler PWM OPV 555 Handregler Vollgas.JPG

Zug steht, Licht leuchtet (Doppel BTTB ohne Dach):
Handregler 11 Lok und Doppelstock stehend mit Licht.JPG



Automatikschaltung für den Blockbetrieb
Plan, Test
Timer 2 ist hier noch ein 555, der 7555 mit seinen CMOS Eingängen tut sich erheblich besser, braucht sehr viel weniger Ue an seinen Eingängen und wurde deshalb getauscht. Die Anfahr- und Bremssteuerung übernimmt OP2, OP1 ist nur ein Negator.
In diesem Plan ist der Taktgenerator noch mit dabei, wurde dann später ausgelagert.
Fahrregler PWM OPV 555.GIF

Plan, so ziemlich fertig:
Fahrregler PWM OPV 7555 Testplatine mit Notstop.GIF

R12 und R13 ergeben parallel zu C5 im Rückkopplungszweig des OP2 einen Integrator. Der wiederum wirkt als Brems- und Anfahrverzögerung, die einstellbar ist. Im Zusammenwirken mit R15 und R14 ändert sich auch die Verstärkung des OP2. Da allerdings die Bremsstrecke doch so ziemlich gleich ist, kann man einen gewünschten Wert einstellen und dann mittels R17 die Vorspannung der Schwellspannung für PIN5 des 7555 so einstellen, daß die Lok still steht, das Licht aber leuchtet. Wird der D-FF1 gesetzt, so ist mittels R16 die zu addierende Spannung am Additionspunkt Y1 einszustellen. Die max Schwellspannung für den PIN5 des 7555 ist mit 6.7V gut zu gebrauchen.
Am Additionspunkt kann zusätzlich über eine weitere Logik auch eine abzweigende Strecke mit 40Km/h hinzugefügt werden.

Der auslösende Radkontakt für den Brems-und Haltevorgang wird entsprechend der Bremsstrecke zum Signal plaziert.

Alle Bauteile mit 100 in der Bezeichnung sind der Belegtmelder für ruhenden und fahrenden Verkehr.
Alles was mit Netzreset zu tun hat, steht für einen definierten Zustand nach dem Anlegen der Betriebsspannungen an der Anlage.
Der gelbe Takt ist für weitere Dinge zuständig, so zB für das serielle Schalten von Weichen.
Der Notstop ist noch eine Option, würde sämtliche 7555 zu Stillstand bringen.

Platine, 100 x 53:
Fahrregler PWM OPV 7555 Testplatine 3 ohne Notstop klein.GIF

Blockübergang:
Fahrregler Fahrspannung Oszi 2 Blöcke Last.JPG
Fahrregler Fahrspannung Oszi 2 Blöcke.JPG
Anhang anzeigen Fahrregler Fahrstrom Blockübergang mit Lok.mp4
Anhang anzeigen Fahrregler Fahrstrom Oszi Blockübergang Lok.mp4

Reedkontaktaufbereitung:
Reedkontakt mit Schmittrigger Sender und Empfänger.GIF

Platinen 80 x 50
Reedkontakt mit Schmittrigger Sender.GIF
Reedkontakt mit Schmittrigger Empfänger.GIF

So denn...
 
Ich bin fasziniert von dem was ich gesehen und gelernt hab. Im Endeffekt ist es fast wie Digital, nur nicht in der Lok, sondern daneben.

Hier zieh ich meinen Hut! Irgendwann bin ich ausgestiegen…..

Grüße
Long John
 
Geht mir ebenso. Es ist immer erfrischend, wenn zwischen endlosen "haben wollen " Diskussionen mal ein Beitrag wie dieser auftaucht, der zeigt, daß es auch noch Kreativität unter den Menschen gibt. Ein mittlerweile raren Gut.
Hut ab!

Gruß Jens
 
Der Ausgangspunkt war der Sbhf. Damit man da eine Übersicht erhält, gibt es hier den Plan dazu, nicht Maßstäblich.
Die Fahrtrichtung ist angegeben und fest. Alle Blöcke haben eine Länge von 2400, die Blöcke 3 und 9 jeweils 4000. Block 500, 1 und 7 liegen in der fallenden Strecke, -1.7%. Da Züge mit 10Y Wagen oder 20 4achs Kesselwagen fahren, liegt da beim Abbremsen eine erhebliche Last an, die bei abruptem Stopp mehrere Wagen hinter der Lok aus dem Gleis wirft, zumal der Haltepunkt noch im Bogen liegt. Demzufolge mußte eine Automatik her, die ein langsames Abbremsen bzw Anfahren ermöglicht. Zudem sollte das Drehmoment von Anfang an voll da sein, damit der Zug langsam und sauber in Bewegung kommt.
Gleisplan SBhf.GIF

Um das umzusetzen kam mir der RC, XC, µA 4151 in den Sinn. Er wird noch produziert unter der Bezeichnung LM 331 bzw KA 331. Das ist ein Präzisions Spannungs / Frequenzumsetzer (auch andersrum einsetzbar), der aus einem bestimmten Spannungsniveau an seinem Eingang eine bestimmte Frequenz an seinem Ausgang macht. Die Innerein des 8 Beiners erspar ich hier. Auch ist der IC schon sehr alt, funktioniert aber immer noch.
Ein Licht bleibt beim Einsatz diese IC im Stillstand der Lok nicht an, weil die Frequenz bei 0V am Eingang auch 0Hz am Ausgang beträgt. Das Gleis wird also komplett stromlos. Im Sbhf ist das sicher nicht das Problem aber es gibt da ein weiteres Manko - beim zuschalten der Ue für die Frequenzkette macht jeder 4151 etwas anderes hinsichtlich des Taktes. Man kann nicht davon ausgehen, das das Taktverhältnis am Blockübergang passt. Im schlimmsten Fall ist an der Übergangsstelle eine Gleisspannung von 100% vorhanden, obwohl beide Blöcke ein Taktverhältnis von 60/40 haben.

Plan für EINEN Block, hier Block 500 auf Block 1 bzw 7, analog zur ganz oben gezeigten Schaltung mit dem Generaltakter und folgenden NE 7555:
Fahrstrom mit 4151 und BGM für Stammblock auf 2 Parallelblöcke.GIF

Zur Wirkweise vielleicht kurz folgendes:
Betrachtet wird der Zweig Block 500 > Block 1 > Block 2 > Block 3 > Block4 > Block 6 > Block 13.
Alle Blöcke sind belegt.
Der Zuganfang ist die 1. Achse, das Zugende der Magnet unter dem letzten Wagen. Es gibt insgesamt 13 SRK für den gesamten Sbhf. Jeder SRK hat mehrere Aufgaben.

Block 14 hat ebenfalls einen SRK an seinem Anfang. Der ist hier nicht gezeichnet. Diesen SRK 14 streichelt ein Mangnet von Hand, weil da ist noch keine Automatik. Da Block 14 frei ist, wird Block 13 auf "Fahrt" gesetzt (das grüne Pfeilsymbol "set Block") links am Bildrand.
Der D-FF 1 wird gesetzt Q = H > langsamer Spannungsabfall nach Ub-12V am Ausgang des Integrators OP1 > Umkehrung der -12V nach +12V am Negator OP2 > Abgriff dieser langsam wachsenden Spannung am R10 > langsam wachsende Frequenzkette innerhalb des 4151 > T1 wird diese Hackspannung über den Opto 1 an die Endstufe weitergeben und ans Gleis liefern > Zug fährt langsam an.

Das Taktverhältnis ist mit R18 einstellbar. Die max Frequenz ist mit R17 vorgebbar. Die Höhe der Abgriffspannung an R10 schreibt in den 4151 die max erreichbare Frequenz im Zusammenhang mit R17.

Hat der Zug Block 13 verlassen, setzt der Magnet unter dem letzten Wagen des Zuges ein "Zugreset" (graues Pfeilsymbol unten links) mittels SRK 14.
Block 13 meldet frei zum Block 6.
Gleichzeitig wird über den SRK 14 der Block 6 auf "Fahrt" gesetzt. Der Zug von Block 6 fährt nun in den Block 13.
Der letzte Wagen mit dem Magnet wird nun über SRK 13 den Bremsvorgang einleiten, Der Zug hält im Block 13.

Da nun Block 6 frei ist, passiert der selbe Vorgang mit Block 4, danach mit Block 3 usw.

Sämtliche Weichen sind in den Prozess eingebunden und nur wenn sie richtig stehen erfolgt eine Fahrtfreigabe.

In jedem Fall ergibt eine Blockübergang aber einen Bocksprung, weil eben der Takt bzw. das Taktverhältnis der Freq. der Fahrspannung nicht überein stimmt.
Abhilfe, weil es war alles fertig und irgendwas ist immer, schaffte eine weitere Schaltung. Das bleibt aber nur für den Sbhf vorbehalten; es ist zu aufwendig:
Fahrstrom Blockübergabe 500 auf 1-7-2-8.GIF

Außerdem sind Relais das letzte Mittel der Wahl. Sie sind faul und anfällig.

Von daher die Idee mit dem globalen Takter und wenn das nüscht wird, dann gugg ich mir die Fichtelbahn und das Bidirektionale von ganz sehr nah an.
 
Hallo Per,

das ist nicht zu beziffern, das hier gezeigte ist nur das Ergebnis. Ohne Messgeräte und Platinenherstellungszeugs ist das so nicht möglich. Man kann sich zwar mit Lochrasterplatinen behelfen aber... naja. Einen Oszi braucht man zur Entwicklung sowieso, beim einstellen dann zwar nicht mehr, weil das über die Spannung im Gleichstromteil zu machen ist.

Hab mal noch ein kleines Vidscho gemacht, keine Qualität aber man kann den Bremsvorgang sehen und das Licht im Stand leuchteln sehen.
Es hätte können etwas weniger Umgebungslicht sein können.
Die Blocktrennstelle ist da, wo der bl Stift steckt. Es ist die Roco 110 mit Rekowagen und Licht. Da die Wagen immer als Brücke beim überfahren fungieren, sieht man hier sehr schön, daß nichts ruckelt - da geit Werner.

Die Hintergrundgeräusche kommen vom Weichenumlauf und einem quitschenden Zug irgenwo, sollte aber nicht stören.

Anhang anzeigen Fahrregler PWM OPV 555 Bremsen klein gewandelt.mp4
 
Ach ja, das hab ich nicht gelesen.
Von der Sache her könnte man damit sogar mit verschiedenen Taktungen der Nadelimpulse einzelne Verbraucher gezielt ansteuern....

Es paßt bei mir nicht mehr, anderen Weg eingeschlagen.
 
Sodala,

alte raus (die mit der 13), neue rein und ........ funktioniert, nur losfahren wollte keiner. Ein Schusselfehler, es muß ein Oder und nicht ein Und sein, D1 und D2 am 4073 eingefügt. Platinen also nochmal neu machen - irgendwas ist eben immer. :hihi:

Kein rucken mehr über den Blockübergängen, Licht bleibt im Stillstand an und läßt sich sehr fein abgleichen. Es bleibt genügend Taktreserve ehe sich der Motor dreht. Mit ca 13µs H / 87µs L ist genügend Energie am Gleis um alles was nach LED aussieht erstrahlen zu lassen. Wenn man 10µs H einstellt wird es leicht dunkler.
Der Bremsweg ist von kurz bis saulang einstellbar. Hab das Anfahren zudem gleich über der 1.7% Rampe probiert mit 20 Güterwagen bzw 10 Y - geil.

Für die Uref und Triggerleitungen zu den einzelnen Lastplatinen stellen 3m Kabellänge kein Problem dar. Weitere Entfernungen sind noch nicht getestet.

Fahrreglerplatinen 4151 und 7555.JPG

Fahrregler PWM OPV 7555 Testplatine mit Notstop korrigiert.GIF
 
@zucker
Ich muss das mal loswerden. Du machst einen total sauberen Schaltungsaufbau, provessionelle Platinengestaltung und der anschließende Aufbau der Schaltung ist sehr ordentlich. Ich habe sowas früher beurteilen müssen, da hättest Du eine 1+ verdient, ganz ehrlich.
Ich meinerseits stehe allerdings mehr auf Software-Lösungen und Relais verwende ich gerne, wo Potentialtrennungen anstehen.
 
Danke, das nehm ich an.

Die Software - ja - das hab ich mir letztens angesehen. Ein lieber Modellbahner hat mir die Fichtelbahnzubehörteile vorgeführt. Der bidirketionale Austausch hat etwas, was wirklich von Interesse ist. Jedoch; ich laß ungern von erpropter, nachvollziehbarer und reparierbarer Elektronik los, zumal davon viel, sehr viel, vorhanden ist.

3 kleine Videos hab ich mal angefügt damit man erkennt was passiert, wenn der Zug anhält bzw. anfährt. Die Quali des Bildmaterials ist der Begrenzung des Forums geschuldet, mußte auf MP4 "gut" gewandelt werden.

Die Strecke hat dort eine Steigung von 1.7%.

Eine P8 mit Eilzugwagen hält an. Ab dem Moment, wo der mot Tilligantrieb zu hören ist, wird der Vorgang ausgelöst.

Anhang anzeigen PWM 7555 P8 Eilzugwagen anhalten.mp4


Die P8 fährt los, Setzbefehl von letzten Wagen des Kesselzuges.

Anhang anzeigen PWM 7555 P8 Eilzugwagen anfahren .mp4

Eine BR120 der ganz alten Tilligserie fährt an. Der Setzbefehl kommt vom Zug mit der V75 und zwar genau in dem Moment, wenn das Video startet.
Anhang anzeigen PWM 7555 BR120 anfahren.mp4
 
Wow, das ist ja ein deutlicher Unterschied, zu dem was ich vorher gesehen hab.

Ich stimm Dir da mal zu, einfach geil!

Grüße
Long John
 
Es ist einfach unglaublich. Die Foriker, die hier mithalten können, kann man sicher an einer Hand abzählen.
Henry, erzähle bloß Keinem, was Du von Beruf bist und daß Du mit Brötchen Deine Brötchen verdienst.

lustige Grüße von Jürgen W.
 
Das Problem der von Lok zu Lok unterschiedlichen Spannungs/Geschwindigkeits-Charakteristik, deren Berücksichtigung für das Halten an einem bestimmten Punkt nötig ist, lässt sich hiermit aber wieder nur mit zusätzlichem Schaltungsaufwand lösen.
 
Och, da werden noch ein paar Teilchen in die Lok eingebaut, damit sie ihren RennpferdCharakter verlieren. Das ist schon Wahnsinn, was da alles geht. Ich hab da riesen Bauklötzer gestaunt!
 
@Long John
Es geht nicht darum, die Höchstgeschwindigkeit zu reduzieren, sondern um die Spannung, die die Lok zum Anfahren bzw. zur Schleichfahrt braucht und deren Differenz zur Spannung, mit der gefahren wird.
 
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