Schranke für Spur1

Auf der Wunschliste zur Anlage stand schon lange das Funktionsmodell einer Schranke. Die Recherchen im Internet ergaben zwei Erkenntnisse:

  • Es gibt Schranken für Spur 1 im Zubehörangebot - aber zu recht großen Preisen
  • Viele Modellbauer greifen zum Eigenbau, hauptsächlich in Spur 0 und Spur 1

Den zweiten Weg wollte ich auch gehen und habe dann nach Vorlagen gesucht. Gefunden habe ich 2014 eine Spur 0 - Vorlage in pdf-Form, deren Quelle ich leider nicht wieder rekonstruieren konnte. Mein Dank für die Anregung gilt somit dem unbekannten Modellbauer. Die pdf-Zeichnung als Ursprung meiner Schrankenkonstruktion findet ihr hier.

Da ich nicht zu den "Nietenzählern" gehöre und mein Schwerpunkt die sichere Funktion von Modellen ist, habe ich die einfach gehaltene Vorlage in den Maßstab 1:32 übertragen. Dabei sollten folgende Prinzipien gewahrt bleiben:

  • Verwendung von handelsüblichen Messingprofilen
  • Montage vorrangig durch Löten und Schrauben, notfalls durch Kleben
  • simpler Antrieb
  • Fernbedienung integriert in TrainController und Loconet Bussystem
  • Auf den Behang habe ich (zunächst) verzichtet, da ich keine geeigneten Lochleisten für den Aufbau gefunden habe

Also ging es in drei Schritten ans Werk:

  1. Konstruktion der Schranke und des Antriebprinzips
  2. Aufbau der Schranke
  3. Entwicklung der elektrischen Steuerung

Konstruktion Spur 1 -  Schranke

Mein Konstruktions-Tool ist wie immer CorelDraw oder LibreOffice. Bei der Umrechnung auf 1:32 sind die Maße auf volle Millimeter gerundet, um gängige Profile verwenden zu können.

Der Bahnübergang auf der Anlage führt zum kleinen Güterbahnhof mit BW und ist eine zweisspurige Nebenstrasse. Maße für Strassenbreiten findet man in Wikipedia; hier der Auszug:

Entsprechend wurde die Baumlänge der Schranke gewählt. Die wesentlichen Zeichnungen im Auszug hier, wobei ihr die kompletten Nachbauunterlagen im Download findet:

Beim Antriebsrad bin ich an ein Drehteil nicht vorbeigekommen, das mir aber ein Freund hergestellt hat. Also blieb mir die Suche nach passenden Standardteilen erspart :-)

Antriebe sind bei mir vorrangig Servos aus dem Modellbaubereich für Autos und Flugzeuge. Sie sind preiswert und zuverlässig. Mit ihrer Hilfe kann der Antrieb sehr einfach ausgelegt werden:

Die Ferder gleicht Längendifferenzen zwischen Servo-Hebelstellung und Bewegung auf dem Antriebsrad aus. Ausserdem wird so eine gewisse Vorspannung erreicht, so dass die Reibung des Seils (Zwirn) auf der Antriebsrolle ausreicht, um den Baum zu Bewegen. Durch das echte Gegengewicht ist die Schranke nahezu im Gleichgewicht, andernfalls müsste man das Antriebsrad einmal mit dem Seil umschlingen.


Aufbau Spur 1 -  Schranke

Der Aufbau erfolgt im Wesentlichen in Löttechnik. Ein Feinlötgerät z.B. von Dremel vereinfacht das Löten. Es gilt natürlich auch hier wie bei allen Lötarbeiten:

  • Metallflächen müssen blank und sauber sein
  • Lötwasser unterstütz das schnelle Löten mit sauberem Fliessen des Zinns (normaler Lötdraht wie für Elektro-Lötarbeiten)

Als flammfeste Unterlage eignet sich ein Stück Fermacell, wie es für Innenausbau gebräuchlich ist.

Als erstes werden die 4 Seitenteile der Schrankenböcke gelötet. Das Trapezblech (Kupfer oder Messing) wird in die Winkelprofile eingelegt und das Ganze zwischen zwei Stiften etwas eingeklemmt, damit es bei Löten nicht verrutscht. Die Profile haben zunächst etwas Überlänge und werden erst nach dem Löten mit einer Miniflex abgelängt.

Nächster Schritt ist das Anlöten des Kopfprofils. Ein Stück Profil gleicher Art untergelegt sorgt für plane Auflage des Kopfprofils.

Dann wird das äussere Querprofil aufgelötet. Es wird durch eine Holzleiste fixiert, so dass es beim Löten nicht verrutscht. Zinn kriecht durch die Kapilarwirkung zwischen die Lötflächen und ergibt eine stabile Verbindung.

Anschliessend werden die überstehende Profilenden abgetrennt.

Die Fertigstellung eines Seitenteils erfolgt durch Anlöten des unteren Winkelprofils. Hierbei auf die richtige Ausrichtung achten, siehe auch Zeichnung. Ebenso drauf achten, dass die Seitenteile spiegelbildlich ausgeführt werden müssen.

Ein fertiges Seitenteil eines Schrankenbockes sieht dann so aus:

Bevor die beiden Seitenteile zusammengelötet werden, bohrt man zweckmäßigerweise die 3mm-Löcher für die Achse des Schrankenbaums.

Die beiden Teile werden dann provisorisch mit einer M3-Schraube auf Abstand verbunden und durch Einlegen der Verbindungsplatte miteinander verlötet. Ein Stück Schraube in einer Schraubklemme fixiert das Teil.

Damit sind die Lötarbeiten am Schrankenbock abgeschlossen. Lötwasser- und Flußmittelreste mit Wasser abwaschen und den Bock mit einem Fön trocknen. Ich habe an den Enden der Fußprofile 2mm-Löcher gebohrt, um die Schranke auf der Anlage befestigen zu können.

Der Schrankenbaum selbst ist ein unkritisches Teil und wird aus zwei Messingrohren 5 und 4mm zusammengelötet, s.a. Zeichnung. Die Abmasse richten sich nach dem Strassenüberweg.

Das Gegengewicht wird bei anderen Bauvorschlägen sehr viel vorbildgerechter ausgeführt. Mir reicht es in dieser Ausführung, die auch durch das Material Zinn (Lötstänge vom Klempner) eine echte Gegengewichtsfunktion hat.

Gegossen habe ich das Gegengewicht in einer Gipsform in einer Quarkschale, in der ein passendes Stück Holzleiste als Form diente.

Die Ränder werden mit 40er Schleifpapier versäubert.

Wichtig: Keine Feile benutzen! Sie ist sofort durch Zusetzen mit Zinn ruiniert.

Die Gipsform muss für jeden Guß neu erstellt werden.

Nach dem Säubern der Kanten wird ein 5,5mm Loch längs gebohrt. Dann kann das Gegengewicht mit Sekundenkleber an der richtigen Stelle auf dem Ende des Schrankenbaums fixiert werden. Um nahezu Gleichgewicht am Drehpunkt zu erreichen habe ich noch eine abgelängte M4-Schraube hinten in den Baum eingklebt.

Abschliessend wurde noch etwas Verfeinerung betrieben:

  • Abspannung auf dem Baum montieren
  • Halter für Glocke (ex Lampenschirm vom Lokschuppen) am Bock auflöten und Glocke aufkleben.

Zur Einfärbung wird wieder alles demontiert:

  • Schrankenbock grau streichen
  • Baum zunächst weiß streichen, dann Rotbereiche markieren und einfärben; Rest grau streichen
  • Für Gegengewicht und Glocke habe ich schwarz gewählt.

Damit die Schranke auf der Anlage die richtige Höhe zu Gleiskörper und Strasse erhält, habe ich aus 5x5mm Holzleisten einen Kasten gebaut, der auch bei geöffneter Schranke das Gegengewicht in sich aufnimmt.

Zur Durchführung der Antriebsseile (Zwirnfäden) sind in der Anlagenplatte Hülsen aus Messingrohr eingelassen. Die Umlenkung unter der Anlage erfolgt durch kleine Legoräder, aufgebohrt und mit M3-Schrauben an Holzwinkel befestigt.

Das kann man je nach Platz unter der Anlage relativ frei entsprechend dem Antriebsprinzip ausführen:

Eingebaut ergibt sich dann folgendes Bild, wobei hier noch jede Menge Ausgestaltung fehlt:

  • Beschilderung
  • Bogenlampen zur Beleuchtung
  • Postenhaus Schrankenwärter
  • Gestaltung Fahrbahn und umgebendes Gelände


Steuerung Spur 1 -  Schranke

Eigentlich bereitete mir die Steuerung der Schranken mehr Kopfzerbrechen als der Bau des Modells, denn hierfür gab es eine gute Grundidee, die für die Steuerung nicht vorhanden war.

Die Steuerung musste natürlich in die Steuerkomponenten der Anlage integriert werden:

  • Traincontroller als Steuersoftware
  • Loconet Bussystem
  • ESU Switchpilot Servo für die Betätigung der Servoantriebe

Auf die Verwendung meines selbst entwickelten Servomoduls für Loconet habe ich verzichtet, da sich die Geschwindigkeit der Servos mit dem ESU Switchtpilot feiner einstellen lässt; schliesslich sollten sich die Schranken möglichst langsam und vorbildgerecht bewegen.

Es war auch klar, das die Schranken nicht durch den Zug geschlossen und geöffnet werden sollten. Das würde bei meiner Anlagenphilosophie durch die Zugdichte im Automatikbetrieb (Traincontroller Modus Fahrdienstleiter) ein dauerndes Schliessen und Öffnen hervorrufen.

Also habe ich mich für den umgekehrten Weg entschieden: Der Zustand der Schranken bestimmt den Fahrbetrieb, auch im Modus "Fahrdienstleiter". Öffnen und Schliessen wird über die Traincontroller Bedienebene manuell betätigt. Bei geöffneten Schranken müssen dann die entsprechenden Fahrwege gesperrt werden. Hierfür hatte ich schon eine eigene Lösung entwickelt: Externe Gleissperre für Loconet

Damit waren die Randbedingungen gesetzt:

  • Bedienung im Traincontroller Gleisbildstellwerk
  • Schliessen der Schranken durch Ansteuerung ESU Switchpilot Servo
  • Ansteuerung eines Soundmoduls beim Schliessen
  • Sperrung der beiden Richtungsgleise mit Schliessbefehl
  • Öffnen der Schranken durch Ansteuerung ESU Switschpilot Servo
  • Kein Sound beim Öffnen
  • Freigabe der Richtungsgleise mit Befehl zum Öffnen

Da die verwendete Traincontroller-Version "Bronze" keinerlei Programmierung von zusätzlichen logischen Abläufen zulässt, musste wieder der Weg über ein Schaltmodul Uhlenbrock 63410 gegangen werden. Zwischen dem Schaltmodul und der ESU Servoansteuerung war eine Logik zu entwicklen, die den Anforderungen gerecht wurde.

Zunächst mal wurde geteste, wie sich das ESU Servomodul extern ansteuern lässt: das geht ganz einfach über einen Impuls am entsprechenden Input-Kontakt nach Masse.

Also musste die Ansteuerung potentialfrei mit einem Impuls nach Masse geschehen, am einfachsten über einen Optokoppler.

So wurden zwei Module entwickelt die eingangsseitig vom Schaltmodul 63410 angesteuert werden und ausgangsseitig einen Masseimpuls liefern, der das ESU Servomodul betätigt.

 

Modul Schranke öffnen

Fangen wir mit dem Modul "Schranke öffnen" an; es ist einfacher als "schliessen", hat aber das selbe Prinzip:

  • Ein aktiv Low Signal vom Schaltmodul 63410 (hier Ausgang 8) steuert über eine Transistor-Inverterschaltung ein Monoflop-Modul an
  • Das Monoflop-Modul benötigt ein aktiv High Signal - deshalb der Inverter - und erzeugt einen kurzen Impuls von ca 9 Volt am Kontakt "Out"; der Impuls ist über das Potentiometer des Moduls einstellbar. Ein Impuls von ca 1/2 bis 1 Sekunde länge reicht. Es geht auch sehr viel kürzer, aber man sollte ihn auch durch Aufleuchten der roten LED sehen können - das vereinfacht die Inbetriebnahme!
  • Über den Optokoppler wird dann das ESU Servomodul angesteuert. Wichtig ist, dass die Emitter der Transistorstrecken (Pfeil) mit den Massepunkten der Eingänge verbunden werden - der Strom fliesst in Pfeilrichtung, verpolt passiert gar nichts.
  • Versorgt wird die Schaltung direkt vom Schaltmodul 63410 über die +15 Volt - Klemme. Über den Ausgang 7 wird das Modul eingeschaltet. Der Stromverbrauch liegt im bereich unter 10 mA - praktisch keine Belastung für 63410 ! Da das Monoflop-Modul für 5-12 Volt definiert ist, sorgt ein Vorwiederstand von 220 Ohm für eine entsprechende Spannungsreduzierung. Die Versorgung entspricht der Beschreibung für das Modul "Externe Gleissperre".

Das Monoflop-Modul ist für 2 bis 3 Euro von verschiedenen Anbietern im Internet beziehbar. Für den Preis lohnt sich der diskrete Aufbau mit einem Timerschaltkreis 555 nicht mehr!

Fertig aufgebaut sieht das Modul dann so aus:

 

Modul Schranke schliessen

Das Prinzip der Schaltung ist so wie für das Modul "Schranke öffnen", mit folgenden Abweichungen:

  • Das Eingangssignal vom Schaltmodul ist in diesem Fall passiv High, es muss durch einen vorgeschalteten Transistor nochmal invertiert werden, um dann das Monoflop-Modul wie beim Modul "Öffnen" ansteuern zu können
  • Der Rest der Schaltung ist identisch, allerdings ist ein 4fach-Optokoppler verwendet worden, um eine Ansteuermöglichkeit für ein Soundmodul zu haben, das ja nur beim Schliessen das Läutewerk der Schranke aktivieren soll; ein Optokoppler-Ausgang wird nicht benötigt.

Hier das fertige Modul:

 

Sound Modul

Zum Abspielen des Schrankenläuten beim Schliessen gibt es ein einfaches Sound Modul bei der Firma AVT / Holland.

Für ca. 25 Euro ist alles enthalten, um einen MP3-Sound auf Befehl abspielen zu können. Sound kann man sich je nach Bedarf im Internet herunterladen und mit der Freeware audacity leicht anpassen. Ich habe so Teile des Sounds kopiert und zu einem Stück von ca. 8 Sekunden Länge zusammengefügt.

 

Im Set ist sogar ein Steckernetzteil enthalten! Für den Testbetrieb und Sound ausprobieren ist das natürlich willkommen, aber 230 V Wechselspannung sollte man nicht unter einer Anlage verlegen. Im Internet giebt es aber sehr günstig USB-Stromversorgungen, die eigentlich für den KFZ-Bereich gedacht sind. Ich habe ein Modul mit DC-Eingangsspannung bis 27 Volt gewählt, das man mit einem vorgeschalteten Einweggleichrichter und Sieb-Elko direkt an der bahnüblichen Lichtversorung 16 VAC betreiben kann. Das Modul ist für ca. 6 Euro bei banggood zu bekommen - inklusive Versandkosten!

Mit vorgeschaltetem Gleichrichter sieht das dann so aus:

 

Modul Gleise sperren

Dieses Modul ist das Einfachste! Ein 2fach-Optokoppler wird durch den Ausgang 8 des Schaltmoduls 63410 aktiviert, indem die Emitterstrecke des Transistors über die Dioden (2x Optokoppler, 1x LED gelb) auf Masse gelegt wird. Dadurch wird die digitale Versorgung der beiden Blockabschnitte mit 2,7 kOhm belastet, angezeigt durch die roten LED. Wichtig ist hier lediglich die Polung der LED in gleicher Richtung wie die Transisorstrecken des Optokopplers. Wie herum die Gleise angeschlossen werden ist egal: die Pulsbreiten-Versorgung digitaler Zugsteuerungen sind quasi eine Wechselspannung, deren eine Halbwelle einen Strom durch die Dioden fliessen lässt.

Die Lochrasterplatine ist entsprechend dünn bestückt:

 

Anschluss Schrankensteuerung

Die Verdrahtung an bzw unter der Anlage ist dann recht einfach, da die Schraubklemmen der Module entsprechend angeordnet sind:

  • Alle rot gekennzeichneten Klemmen werden mit Plus (+) des Schaltmoduls 63410 verbunden
  • Ausgang 7 (es kann jeder andere Ausgang gewählt werden, je nach Belegung 63410) versorgt die Module zum Öffnen und Schliessen
  • Ausgang 8 ist der eigentliche Steuerausgang
    • Eingenschaltet (aktiv Low) wird die Schranke geöffnet
    • Ausgeschaltet (passiv High) wird die Schranke geschlossen; dies habe ich so gewählt, weil das im Anlagenbetrieb bei mir der "Normalzustand" ist
  • Die Servoansteuerung erfolgt über die Tasteingänge des ESU Switchpilot.
  • Die je Richtungsgleis zu sperrenden Blöcke werden an das Modul Gleissperre angeschlossen - wie schon gesagt: Polung egal

Die Justierung der Servos erfolgt über die Tastenbedienung am ESU-Modul im Programmiermodus (s.a. ESU Anleitung)

Wie immer bei meinen Schaltungsergänzungen helfen die eingebauten LED bei der Inbetriebnahme, die bei sorgfältigem Aufbau auf Anhieb klappen sollte. Dazu unbedingt die Module nach dem Zusammenlöten separat Testen. Es genügt eine DC-Quelle mit 15 Volt.

 

Bertrieb Schrankensteuerung

Bedient wird die Schranke im Gleisbildstellwerk des Traincontroller. Die Schrankenelektronik wird über Schalter 309 eingeschaltet (Dreieck nach oben). Mangels Symbolen in der einfachsten TC-Version (Bronze) habe ich den Schrankenübergang mit Gleissybolen abgebildet. Die beiden Signale für den Überweg haben dieselbe Adresse (225). Durch Anklicken werden die Schranken geöffnet (Strassensignal grün) oder geschlossen (Strassensignal rot).

Ist die Schranke geschlossen, sind die Blöcke A2-R und B1 frei. Natürlich nur, wenn kein Zug diese besetzt.

Ist die Schranke geöffnet (Strassensignale grün), sind die Blöcke A2-R und B1 durch die Schrankenelektronik gesperrt:

  • Es kann kein Zug den Bahnhof in Richtung nach B verlassen, da B1 als besetzt erkannt wird
  • Es kann auch kein Zug in Gegenrichtung in den Bahnhof einfahren, da der Rangierblock A2-R unmittelbar vor der Schranke ebenfalls als besetzt erkannt wird.

Der Fahrdienstleiter verhindert alle programmierten Fahrten und wartet auf Freigabe der Blöcke A2-R und B1.

Genug Anregungen gegeben? Also auf geht's!

Der Materialaufwand einschliesslich elektrischer Bauteile liegt je nach Einkaufquelle bei 50-60 Euro. Dazu kommen natürlich die handelsüblichen Komponenten Schaltmodul 63410 und ESU Switchpilot. Wer noch zwei Ausgänge eines Schaltmoduls 63410 frei hat, spart sich auch noch diese Kosten.

Natürlich braucht es einiges an Zeit, aber die steckt man ohnehin in sein Hobby!

Bei Fragen einfach Email senden.

 

Zur Schranke gibt es kurzes Video in meiner Video-Gallery.

Ein Download mit allen Zeichnungen und Bildern findet ihr hier im Downloadbereich.

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