THEMA: Fahrtrichtung erkennen mit Gleisbesetztmelder

Hallo NOK,

Es gibt Zeitrelais, Zeitwürfel, Timer, Treppenhauslichtschaltungen, Abschaltverzögerer diese gibt es in zwei Varianten. entweder läuft die Zeit nach einmaligen Einschalteten einfach ab. Oder die Zeit ist Nachtriggerbar. Für deine Schaltung willst du die erste Variante verwenden.
Die Lösungen für den Schaltschrankbau sind leider ziemlich teuer und wurde meist durch eine SPS ersetzt. Mit einer Siemens Logo Steuerung könntest du auch zum Ziel kommen. Die ist auch relativ einfach zu programmieren.
Wenn du es mit Elektronikbauteilen Bauen möchtest dann suchst du nach einer Monostabilen Kippstufe. Da gibt es dann zig Möglichkeiten


Gruss,
Matthias.

"Monostabile Kippstufe" - das klingt nach Fahrradfahren mit zu viel Blut im Alkohol

*Duckundweg*

Das geht relativ einfach mit einem Besetztmelder, der je nach Lage des Fahrstroms ein bistabiles Relais umschaltet.

Hallo,

Ja, die monostabile Kippstufe hört sich gut an, mittlerweile sitze ich schon über alten Schulbüchern

Wie meinst du die Lage vom Strom, Reiner? Ih habe Digitalstrom, der liegt doch immer gleich an oder nicht?

Grüße, Nok

Hallo Nok,
hier eine Schaltung für eine monostabile Kippstufe. Wenn Du bis morgen warten willst, dann probiere ich ob ein zweiter Impuls vor Ablauf der eingestellten Zeit sich auswirkt oder nicht.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310121.htm
Viele Grüße, Joni

Hallo Nok,
eine andere Idee für den Bahnübergang:
Du nimmst einen GBM-Abschnitt der auf beiden Seiten "lange genug" ist. Solange er anspricht ist ein Zug im Bahnübergangsbereich und wenn er frei ist, dann ist der BÜ auch wieder frei. Falls die Lok der einzige Stromverbraucher ist, dann müsste die Länge auf jeder Seite mindestens Zuglänge sein. Falls alle Züge (oder zumindedst die langen) einen beleuchteten Schlusswagen haben, dann genügt auf jeder Seite die halbe Zuglänge (entweder die Lok oder der Schlusswagen ist im GBM-Abschnitt). Gefällt Dir dies für den BÜ ? - Weitere Anregungen werden kommen.
Viele Grüße, Joni

Hallo Nok,

bei Digital kannst Du eigentlich nur mit Doppelichtschrankentechnik detektieren, in welche Richtung ein Zug fährt.

Ich habe im Netz mal eine solche Schaltung gesehen, aber wo??
Da must Du wohl mal die Suchmaschine anwerfen.

Grüße Michael Peters

Hallo Joni,

Die Idee ist gut, für den BÜ geeignet. Für eine Weiche die ich gern automatisch in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung schalten lassen will, werde ich mal einen Versuchsaufbau mit 2 GBM machen. Der erste bekommt ein Monoflop dahinter und wird mit dem 2. über ein Und-Gatter verknüpft. Die beiden GBM müssen dann nur weiter als der längste Zug auseinander liegen.

Grüße, Nok

Hallo Nok,

hier ein anderer Vorschlag für richtungsabhängiges Schalten:
Oben der Gleisplan, in der Mitte die Schaltung und unten ein Zeitdiagramm. Beide Kontakte liegen nebeneinander. Für das Zeitdiagramm habe ich angenommen, dass die Kontakte ein High liefern wenn sie besetzt sind (andernsfalls weiter unten):

Zeitablauf Bild 1:
I = Noch nichts, alles Aus.
II = Lok fährt auf Kontakt A => Kontakt A schaltet ein, ebenso das Gatter (A oder B), das Mono-Flop und damit über das Und-Gatter der Ausgang A->B.
III = Das Mono-Flop schaltet nach der Zeitdauer t_M aus (es darf nicht nachtriggerbar sein) => Über das Und-Gatter wird der Ausgang A->B wieder ausgeschalten.
IV = Kontakt B schaltet ein. Die Zeit t_AB zwischen dem Einschalten von Kontakt A und B muss größer sein als die Zeitdauer t_M des Monoflops. Da das Monoflop schon ausgeschalten ist, reagiert Ausgang B->A nicht.
V = Nachdem Kontakt B eingeschaltet hat darf Kontakt A ausschalten. Es könnte auch B vor A ausschalten ohne dass es einen Fehler gibt.
VI = Nun ist die Lok / der Zug komplett an den Kontakten vorbei, alles ist wieder Aus.

Voraussetzung ist dass Kontakt B nicht flackert, also nicht aus- und wieder einschaltet, solange A ausgeschaltet ist (bei Fahrtrichtung A nach B). Sonst würde dies als Fahrtrichtung B nach A interpretiert werden. Zulässig müsste sein wenn die Lok die Kontakte auslöst, sie wieder frei melden und später z.B. ein beleuchteter Schlusswagen die Kontakte erneut auslöst (dann gäbe es einen erneuten Impuls A->B aber trotzdem keinen Impuls B->A). Das heißt, die Kontakte dürfen wahrscheinlich durchaus kürzer als die Zuglänge sein, sofern entweder immer mindestens ein Kontakt eingeschaltet ist oder kein Kontakt flackert.

Es käme auf einen Versuch an - hast Du daran Interesse ?

Falls die Kontakte bei besetzt ein Low liefern, und die nachfolgende Steuerung ebenfalls ein Low braucht, wäre die Schaltung in Nok_3 zu wählen. Vor dem Mono-Flop ist ein Nand und dahinter ein Nicht einzubauen falls das Monoflop auf die steigende Flanke reagiert. Falls es auf die fallende reagiert, braucht es ein Und auf der Eingangsseite (und ev. entfällt dann das Nicht-Gatter).

Viele Grüße, Joni

PS: Bin noch am Tüfteln an einer anderen Variante.


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Hallo Nok,
noch eine Idee: In H0 gibt es (zumindest von Märklin) mechanische Schalter, die je nach Fahrtrichtung den einen oder den anderen Kontakt schließen. Gibt es so etwas auch in N ?
Viele Grüße, Joni

Moin Joni,

da werde ich mal ein paar Bausteine bestellen und es aufbauen. Coole Darstellung, das hilft mir richtig weiter.

Grüße, Nok

Grüß Gott Nok,

ich hab noch eine andere Idee, vorab aber Fragen: Geben Deine GBM bei besetzt ein Low oder ein High aus bzw. wenn beides wählbar ist, was ist Dir lieber ? Haben sie eine kurze Einschalt- und eine lange Ausschaltverzögerung (z.B. 50 ms Einschaltverz. und 1 bis 2 sec Ausschaltverz.) bzw. ist dieses Verhalten so einstellbar ? Braucht Deine nachfolgende Steuerung ein Low oder ein High zum Auslösen, braucht sie Impulse oder Dauerkontakt, oder bist Du da jeweils flexibel ?

Viele Grüße, Joni

Moin Joni,

also die GBM möchte ich selber bauen:

http://www.doppeltraktion.com/tips/gbm.shtml

Mit den Pegeln bin ich flexibel, Inverter kann man ja nutzen. Die Verzögerung kann man bestimmt mit einem Kondensator beeinflussen.

Grüße, Nok

Danke, Nok, vermutlich geht es morgen weiter ... sollte noch was im Haushalt tun ... Viele Grüße, Joni

Hallo Nok,
noch weitere Fragen: Verwendest Du TTL- oder CMOS-Bausteine und falls CMOS, welche Spannung verwendest Du ?
Viele Grüße, Joni
PS: Ein paar Schaltungsvorschläge sind am Reifen - muss sehen was ich davon zuerst ausprobieren muss.

Hi Joni,

Ich hab cmos-bausteine bestellt. Auf der Anlage habe ich ein 16 V Trafo von Roco mit 4 Diodenpärchen reduziert. Die ICs kann ich mit einem separatem Netzteil ansteuern, bisher habe ich bei solchen Experimenten 5 V verwendet.

Grüße, Nok

Hallo Nok,
Dich habe ich nicht vergessen, bin aber in letzter Zeit nicht zu viel gekommen. Hast Du weiterhin noch Interesse an Schaltplänen ? Hab welche in arbeit - fast fertig. Wieviel Erklärung benötigst Du zu den Schaltplänen ?
Viele Grüße, Joni

Hi Joni,

ich habe mittlerweile alle Bauteile zusammen. Die einzelnen GBM funktionieren. Nur das FlipFlop reagiert auf einen Fingertatscht mehr als auf das Signal
Wenn du noch andere Ideen hast, dann setzte ich die gerne mal Testweise um.

Grüße, Nok

Hallo Nok,

etwas später als beabsichtigt kommen jetzt ein paar Schaltungsvorschläge.
Anmerkung: Bei den verwendeten RC-Gliedern zur Zeitverzögerung beträgt die Zeit etwa 0,7*R*C bis 1*R*C - abhängig von Bauteiltoleranzen und Versorgungsspannung.
Bei den Invertern nach einem RC-Glied bitte 40106 verwenden (oder Nand-Gatter 4093). Sie haben Schmitt-Trigger-Verhalten, d.h. wird U_Eingang langsam erhöht, dann schaltet der Ausgang bei ca. 2,8 V auf Low. Wird nun U_Eingang wieder reduziert, dann schaltet der Ausgang bei ca. 2,3 V nach High - wenn U_Eingang zwischen 2,3 und 2,8 V liegt, dann behält der Ausgang seinen vorherigen Zustand. Bei normalen Gattern ist dieser Spannungsbereich "verboten", genauer gesagt der Ausgang kann dann sowohl Low, oder High oder einen Wert dazwischen haben. (Werte gelten für 5 V Versorgungsspannung, bei 12 V liegen die Schaltschwellen bei ca. 4,5 V und 6,5 V).
Die Schaltungen könnten vielleicht auch etwas einfacher ausfallen. Aber in dieser Ausführung hoffe ich, dass sie korrekt funktionieren.
Die Gatter können bei 5 V etwa ±1 (u.U. bis ±2) mA und bei 12 V etwa ±5 (u.U. bis ±10) mA liefern.

Bild 1a:
Schaltverzögerung für Besetztmeldung. Einschaltverzögerung ca. 80 bis 100 ms (R13 * C12), Ausschaltverzögerung ca. 1,5 bis 2 s ( [R12 + R13] * C12). Grund für Einschaltverzögerung: Unterdrückung von Störimpulsen. Welche Werte für die Verzögerungen sinnvoll sind, kann ich Dir leider auch nicht sagen. C11 überbrückt die negative Halbwelle der Digitalspannung, in der der Optokoppler keine Besetztmeldung überträgt. Falls auf der Anlage der Ausgang der GBM benötigt wird, dann kann Anschluss c verwendet werden. Ausgang c: besetzt = Low, frei = High.

Wenn die Kabelverbindung zwischen GBM und Steuerung "länger" ist, dient der Schaltungsteil auf der Steuerungsplatine zur Unterdrückung von Störungen - denn für die Steuerung genügen u.U. Impulse von wenigen µs Dauer um zu reagieren. Ausgang d: besetzt = High, frei = Low.

Die LED mit R16 muss nicht sein. Ich fände es aber hilfreich, z.B. bei der Fehlersuche. R16 ist der Diode anzupassen. Die Gatter können bei 5 V etwa ±1 (u.U. bis ±2) mA und bei 12 V etwa ±5 (u.U. bis ±10) mA liefern.

Bild 1b: Falls auf der Anlage gewiss kein Ausgang der GBM gebraucht wird, sondern nur auf der Steuerungsplatine, dann kann die Schaltung aus Bild 1a etwas vereinfacht werden.

Bild 2 Richtungserkennung mit Flip-Flop (= FF)
Annahme: Zug fährt von A nach B.
I: Zuge noch nicht da. A, B, (A oder B) = Low, Nand = Reset des FF = High --> Ausgänge = Low
III: Zug in A (= High), Oder = High, Reset = Low, Takt Low → High → Ausgang (A > B) wird High.
II im Detail: Aufgrund der Schaltverzögerung der Gatter und des FF muss der Taktimpuls kurz verzögert werden (ca. 1 µs reicht). R21 und Kapazität der beiden Takteingänge von zusammen ca. 10 pF genügt. Die Zeitdauer von II a, b , c liegen jeweils im Bereich von etwa 100 ns bis 1 µs.
IV: Zug erreicht Abschnitt B. Da A noch eingeschaltet ist, erfolgt keine Reaktion.
V: Zug verlässt A, später B (dürfte auch umgekehrt sein).
VI: Zug hat Meldebereich verlassen, Reset geht wieder auf High und damit der FF-Ausgang auf Low. Schaltung bereit für nächsten Zug.
Ist der Freigabeeingang F = Low, dann bleiben die Ausgänge die ganze Zeit auf Low.
Der Ausgang bleibt so lange High wie einer der Abschnitte A oder B belegt ist.

Bild 3a Richtungserkennung mit RC-Glied
Annahme: Zug fährt von A nach B.
I: Zug noch nicht da. A, B = Low, Nor = High, U_RC = High (Kondensator entladen), T = Low → Ausgänge = Low.
II: Zug in A (= High), Nor = Low, Kondensator noch entladen → U_RC = Low, T = High, Ausgang (A → B) = High. Kondensator beginnt sich über R31 aufzuladen.
III: Nach ca. 80 bis 100 ms (R31 * C31) Schaltschwelle vom Inverter erreicht. T = Low, Ausgang geht wieder auf Low.
IV: Jetzt darf Zug Abschnitt B erreichen (nachdem T auf Low gegangen ist).
V: Zug hat die Abschnitte A und B verlassen. Nor geht auf High, U_RC springt kurzzeitig auf doppelte Betriebsspannung. U.a. bedingt durch R32 unkritisch für den Eingang des Inverters. C31 entlädt sich Sowohl über R31 als auch R32.
VI: Nach etwa 30 ms C31 vollständig entladen (ca. 3 * R32 * C31). Schaltung bereit für nächsten Zug.
Ist der Freigabeeingang F auf Low, dann bleiben die Ausgänge die ganze Zeit auf Low.
Der Ausgang hat nur ein kurzes High von etwa 80 bis 100 ms.

Bild 3b
Alternative Anordnung der Und-Gatter.

Bild 4
Wenn die Gleisspannung ausgeschaltet ist, dann melden alle GBMs frei (bei dieser Ausführung der GBM). Steht z.B. ein Zug in Abschnitt B und die Gleisspannung wird eingeschaltet, dann meldet B besetzt. Die Schaltung würde so reagieren als sei ein Zug auf dem Weg von B nach A.  Durch Schaltung 4 wird bis kurz nach dem Einschalten der Gleisspannung die Freigabeleitung F auf Low gelegt. Dadurch bleiben die Ausgänge (A > B) und (B > A) auf Low.
I: Gleisspannung fehlt, Optokoppler sperrt, Inverter 41 = Low, 42 entladen, Inverter 42 = High, Inverter 43 = Low = Freigabe F > Auswerteschaltungen blockiert.
II: Gleisspannung liegt an, Inverter 41 = High, C42 wird über R45 aufgeladen.
III: Nach ca. 0,8s Inverter 42 = Low, Inverter 43 = High = Freigabe F > Auswerteschaltungen freigegeben.
IV: Wenn die Gleisspannung fehlt: Inverter 41 = Low und entlädt C42 über R44.
V: Nach ca. 0,8s Inverter 42 = High, Inverter 43 = Low > Auswerteschaltungen werden blockiert.
Bei dieser Anordnung der Dioden 1N4148 und R44, R45 können die Einschalt- und Ausschaltverzögerung unabhängig voneinander eingestellt werden. Ich weiß nicht, ob die Werte für R44, R45 passend sind. Vielleicht muss R51 kleiner gewählt werden. Beim Einschalten der Versorgungsspannung sind die Kondensatoren entladen > Freigabe F liegt (zu Beginn) auf Low.
Schaltbild 4 kann analog zu Bild 1b ebenfalls etwas vereinfacht werden.

Länge der Gleisabschnitte A und B:
Falls Du keine Wagen mit Beleuchtung / Schlusslicht hast, dann genügt meines Erachtens Loklänge. Wenn Du Züge mit (Schluss-)Licht hast und es keine Rolle spielt, falls die Auswerteschaltungen pro Zug zwei oder mehrere High-Impulse ausgeben (immer in die gleiche Richtung), dann würde im Prinzip Wagenlänge genügen. Ich glaube, ich würde in diesem Fall aber lieber 2x Wagenlänge nehmen. Falls Du Schlusslichter hast und es sollte pro Zugfahrt tunlichst nur ein Impuls entstehen, dann müssen A + B (also beide zusammen) mindestens die längste Zuglänge haben.

Wenn Du Anregungen, Fragen oder (Funktions-)Probleme hast, melde Dich bitte - wie schnell ich reagiere kann ich Dir leider nicht im Voraus sagen. Ich hoffe Du kannst die eine oder andere Anregung aufgreifen.

Viele Grüße, Joni

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Hallo zusammen,

die Schaltung nimmt langsam Form an und ich bin fleißig am experimentieren. Jetzt hatte ich noch eine andere Idee. Bisher habe ich die GBM immer "nacheinander" angeordnet, dabei aber außer Acht gelassen, dass man ja 2 Schienen parallel für die Detektion heranziehen kann. Aus einer ganz anderen Aufgabe heraus bin ich auf diese Lösung (?) gestoßen: Skizze siehe Anhang
1 UND Gatter, Relais 1 (Öffner), Relais 2 (Schließer)

Der Zug fährt von rechts nach links und soll eine Aktion auslösen:
GBM A = 1 -> Relais 2 ist zu und Relais 1 wird geöffnet
Relais 1 = offen
Relais 2 = zu
GBM B = 1
GBM A und B liefern ein High an das UND

Der Zug fährt von links nach rechts und es soll nichts passieren:
GBM B = 1 -> Relais 1 ist zu und Relais 2 wird geöffnet
Relais 1 = zu
Relais 2 = offen
GBM A = 1
da Relais 2 jetzt offen ist, kommt kein High beim UND an

Kann das funktionieren? Wie immer sind natürlich nicht die passenden Relais zu testen da

Grüße, Nok



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Hallo Nok,

leider muss ich Dich enttäuschen: Wenn der Zug von links kommt:
Grundzustand: Relais 2 offen, Relais 1 zu, dann
(nur B) Relais 2 schließt (-> UND wird High), dann
(B & A) Relais 1 öffnet, dann
(nur A) Relais 2 öffnet, dann wieder
Grundzustand: Relais 1 schließt.

Viele Grüße, Joni