THEMA: Selbstbau-Gleisbesetztmelder

Hallo!

Bei uns, den Eisenbahnfreunden Lippe, haben wir seit einiger Zeit eine Selbstbau-Blockstellensteuerung im Einsatz. Nach einigen Entwicklungsschritten läuft diese mittlerweile sehr zuverlässig, und bietet eine Reihe von Features, die wir früher selbst nicht für möglich gehalten hätten (Einsatz geschobener Züge, Einsatz von mehreren TFZ im Zugverband, relativ punktgenaues Halten durch abgestufte Geschwindigkeitsreduktion, vorzeitiger Haltfall des Blocksignals ohne daß der ganze Zug daran vorbei gefahren ist, zentrale Not-Aus-Funktion, zentrale Fahrspannungsvorgabe, einstellbare Beschleunigungs- und Verzögerungswerte, Rückwärtsfahren incl. Zurücksetzen hinter haltzeigende Signale, Überwachung der gesamten Blockstrecke mit Ausgabe der 3 Besetztmeldungen für externe Funktionen etc.).

Nun hat diese Steuerung jedoch einen entscheidenden Nachteil: um vagabundierende Ströme und fliegende Potentiale zu vermeiden, haben alle nötigen Spannungen (Prüfwechsel-, Fahr- und Steuerspannung) eine gemeinsame, "globale" Masse. Diese ist stets identisch mit der linken Schiene; (da diese aber fast überall überwacht ist, befinden sich zwischen Masse und Schiene noch die Dioden für den Spannungsabfall, die zum Betrieb der Gleisbesetztmeldung nötig sind). Daraus folgt auch, daß zum Rückwärtsfahren eine negative Spannung benötigt wird, wenn die linke Schiene immer 0-V-Potential hat. Das wird dann zum Problem, wenn man in Bahnhöfen Wendegleise hat, in die man z.B. per Gleiswechselbetrieb einfahren möchte, oder aus denen man wieder auf die Strecke möchte. Es kommt hierbei zu hässlichen Abrissfunken und kurzzeitigen Kurzschlüssen beim Überfahren der Trennstellen zwischen den Stromkreisen der freien Strecke und der Fahrregler dieser Wendegleise.

Daher ist mein Ziel eigentlich, auf die negative Spannung zu verzichten, und stattdessen ganz klassisch auf der in Fahrtrichtung linken Schiene 0 V, und auf der in Fahrtrichtung rechten Schiene 0...14 V zu haben. Denn spätestens in Kopfbahnhöfen wird es mit der Definition linkes / rechtes Streckengleis schwierig. Unter Verzicht auf den Gleiswechselbetrieb wäre es nun noch denkbar, durch Einsatz von speziellen Fahrreglern in den Bahnhofsgleisen, die zum Rückwärtsfahren die Gleise umpolen, nicht aber eine negative Spannung verwenden, einen stabilen Betrieb ohne Funkenbildung beim Überfahren der Trennstellen zu erreichen. Schöner wäre es aber wirklich, in allen Konstellationen fahren zu können, ohne das es funkt und die Überstromschutzeinrichtungen auslösen.

Zum besseren Verständnis: auf Ausstellungen fahren wir Großanlagen mit Standflächen von bis zu 150 m². Um einen durchgehenden Betrieb mit selbsttätiger Blockstellensteuerung zu ermöglichen, braucht es überall einheitliche Potentiale, also die "globale Masse". Wir können also nicht Anlagenteile galvanisch voneinander trennen.

Zur Sache: mein eigentliches Problem ist der Gleisbesetztmelder. Die bisher verwendeten Bauarten führen über die Prüfspannung und ihre Masse zu einer Brückung der überwachten Abschnitte untereinander. Das ist solange unkritisch, wie nur die Masse gebrückt ist. Spätestens dann, wenn man nur noch mit positiven Spannungen fahren will, also auch rückwärts mit positiver Spannung durch Tausch der Schienen, funktioniert das so nicht mehr. Daher suche ich einen Gleisbesetztmelder, bei dem Eingang und Ausgang voneinander entkoppelt ist, und dessen Einsatz nicht zu Ausgleichsströmen zwischen den verschiedenen Stromkreisen führt.

Meine aktuelle Entwicklung dazu habe ich als Bild angehängt. Leider will diese Bauart nicht wirklich zuverlässig arbeiten. Befindet er sich mit seinen Lastdioden in dem Strang, der zwischen dem Ausgang der Fahrnung zu Fehlfunktionen führt.

Zur Funktionsweise:

Die Prüfwechselspannung ist über je einen Schutzwiderstand von 3,3 k an die nicht isolierte und über die Lastdioden an die isolierte Schiene angeschlossen. Über die beidseitigen Schutzwiderstände will ich erreichen, daß auch mehrere Gleisbesetztmelder innerhalb des gleichen Prüfstromkreises eingesetzt werden können, ohne daß diese zwingend überall auf der gleichen Gleisseite eingesetzt werden müssen.

Eine Last auf dem Gleis führt zu einem Spannungsabfall an den Lastdioden D1/D2 mit einer Höhe von meist recht genau 0,7 V, unabhängig von der Stromrichtung. Die Dioden D3 - D6 richten diese Spannung nun gleich, C2 glättet diese. Die gerichtete und geglättete Spannung wird nun dem Eingang des Operationsverstärkers zugeführt, dessen Eingangspotential anstelle einer Gegenkopplung (die ja wieder Ein- und Ausgang verbindet und zu Fehlfunktionen auf einer Großanlage mit vielen GBM führen würde) durch hochohmige Pull-up- / Pull-down-Widerstände R1/R2 gespreizt wird. Sobald ein Lastrom fließt, werden die Eingangspotentiale des OP´s einander angenähert, bis sie das Vorzeichen ihres Potentials getauscht haben und der OP dann voll durchsteuert, also die volle Betriebsspannung an seinem Ausgang ausgibt.

Nachgeschaltet ist noch ein Schmitt-Trigger, bei dem ich mir aber nicht sicher bin, ob er überhaupt nötig ist. Denn das Ausgangssignal des 1. OP kann ja eigentlich fast nur high oder low sein, höchstens durch hochfrequentes Pulsieren könnten sich hier gemittelte Zwischenwerte einstellen. Evtl. ersetze ich ihn durch ein Zeitglied.

Was haltet ihr von dieser Schaltung? Und wir könnte ich ihre Zuverlässigkeit erhöhen, sprich: sie gegen hochfrequente Störungen im Fahrstromkreis immun machen?

P.S.: hoffe, ich habe das einigermaßen verständlich dargestellt. Das ist leider eine komplexe Angelegenheit, an der ich selbst schon einige Male verzweifelt habe, auch schon allein daran, die Zusammenhänge in ihrer Gesamtheit mit allen Wechselwirkungen zu begreifen
Wenn es Verständnisfragen gibt, nur her damit.

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