Mittwoch, 7. August 2013

Ein halbwegs einfaches Zentralschloss für Modellbahnen: Schlüssel und Schloss

Im letzten Posting habe ich einen Überblick über die Funktion von Zentralschlössern (oder Schlüsselwerken) gegeben und überlegt, ob man mit käuflichen Schlössern so etwas nachbauen kann. Kann man nicht, war meine Entscheidung, und deshalb folgt hier ein Konstruktionsvorschlag von Grund auf.


Ein einfacher Schlosstyp


Ich schlage ein Schloss vor, das Schlüssel von tosischer Form verwendet, allerdings damit nicht mehrere Zuhaltungen bewegt, sondern die Form nur zur Prüfung an einem Prüfprofil verwendet. Hier ist eine Zeichnung eines solchen Schlüssels und seines Prüfprofils:


Der Schlüssel kann sich nur drehen, wenn alle Zacken durch das Prüfprofil „schlüpfen“.

Die Anzahl der sich gegenseitig ausschließenden Schlüsselformen reduziert sich durch diese einfache Prüfung des korrekten Schlüssels gegenüber einem echten tosischen Schloss allerdings drastisch: Denn alle Schlüssel, die keine längere Zacke haben, passen nun ebenfalls in dieses Schloss – im folgenden Bild sind die zwei roten Zacken gekürzt, das Prüfprofil ist das gleiche:


Ich habe eine Zeitlang herumgerechnet und denke, dass für modellbahnerische Zwecke eine Bauart mit 30 verschiedenen Schlüsselformen ausreicht – das lässt sich mit 5 Zacken und 3 Zackenlängen erreichen. Die Liste der 30 Schlüsselformen gebe ich später an.

Eine Zuhaltung wie bei richtigen Schlössern sehe ich nicht vor: Der vom Schlüssel bewegte Schieber ist das einzige bewegte Element. Wie wird er aber ohne Zuhaltung in seinen Endpositionen festgehalten?
  • In der „unteren“ Position, in der der Schlüssel frei entnommen werden kann, hält ihn nur eine Feder fest. Er soll aber beim Entsperren durch den Schlüssel zwangsläufig in diese Position bewegt werden, sodass die Feder nur als zusätzliches Sicherungselement dient. Das ist eine sicherungstechnisch zulässige Konstruktion, die z.B. auch beim Gruppenverschluss des deutschen Einheitsstellwerks oder beim Neutralschieber der österreichischen Bauart 5007 eingesetzt wird.
  • In der „oberen“ Position, wo der Schlüssel im Schloss eingesperrt ist, soll dieser den Schieber mit seinem Bart in der korrekten Position halten. Die Feder belastet dabei den Schlüssel zusätzlich, sodass er durch die erhöhte Reibung nicht „einfach so“ sich verdreht (was sicherheitstechnisch kein Problem wäre, aber unschön).

Es ist vermutlich einfacher, an einer Animation zu zeigen, wie der Vorschlag für das Schloss funktioniert:



Das hellblaue Rechteck ist das (von oben gesehene) Prüfprofil, das den Schlüsselbart prüft. Die Befestigung dieses Prüfprofils und auch des unteren Federendes erfolgt an einem kleinen Holzblock, der auch ein Teil der Schieberführung ist.


Schlüsselformen und Prüfprofile


Die dreißig Schlüsselformen haben jeweils fünf Zacken mit drei möglichen Längen:
  • 0 = kurz
  • 1 = mittel
  • 2 = lang
Der Bart eines Schlüssels lässt sich daher in einer fünfstelligen Zahl zusammenfassen. Z.B. hat der oben gezeigte Schlüssel den Bart 12100, nämlich die Zackenlängen mittel-lang-mittel-kurz-kurz.

Wir müssen nun eine Liste von Kombinationen finden, wo jede Kombination an irgendeiner Stelle „länger“ ist als alle anderen Kombinationen: Denn dann wird jeder Schlüssel in jedem „fremden“ Schloss am Prüfprofil an dieser Stelle anstoßen und daher nicht umgesperrt werden können. Hier sind dreißig Kombinationen, die diese Eigenschaft haben (ich habe sie mit etwas Nachdenken und einem kleinen Programm zur Überprüfung mehr oder weniger erraten). Als Abkürzung habe ich jeder Form einen einzelnen Buchstaben gegeben – zusammen mit ä, ö, ü und ß haben wir im Deutschen ja genau 30 Buchstaben:

KürzelBartformKürzelBartformKürzelBartform
a00112k02101u11200
b00121l02110v12001
c00211m10012w12010
d01012n10021x12100
e01021o10102y20011
f01102p10120z20101
g01120q10201ä20110
h01201r10210ö21001
i01210s11002ü21010
j02011t11020ß21100

Unser 12100-Schlüssel oben ist also ein x-Schlüssel.

Das Prüfprofil, als Gegenstück zum Schlüssel, hat einen Bart, bei dem gegenüber dem Schlüssel jeweils kurz mit lang vertauscht ist. So ist das Prüfprofil für einen x-Schlüssel (12100) von der Form 10122.

Die Summe von zueinanderpassendem Schlüsselbart und Prüfprofil ergibt immer 22222, daher kann man das Prüfprofil zu einem Schlüssel als 22222 – Bartprofil berechnen.


Gruppenschlösser


Durch „schwächere“ Prüfprofile kann man Schlösser herstellen, die von mehreren Schlüsseln gesperrt werden können. Eine mögliche Anwendung solcher „Gruppenschlösser“ erkläre ich später. Das Prüfprofil 00000 z.B. würde alle 30 Schlüssel zulassen – was in der Praxis aber natürlich unsinnig wäre. Hier sind einige mögliche Prüfprofile, die genau 2, 3 oder 6 Schlüsselformen zulassen:

Passende SchlüsselPrüfprofilPassende SchlüsselPrüfprofilPassende SchlüsselPrüfprofil
ac22010amo12110amoyzä02110
dj20210bnp12101ejntvw10201
fk20120cqr12011
gl20102jvw10211
my02210yöü01211
oz02120
02102
01220
01202
01022

Eine Anmerkung: Auch die real eingesetzten Schlüssel lassen prinzipiell solche „Gruppenschlösser“ zu: Bei den tosischen Schlössern muss eine Zuhaltung den Riegel in mehreren Stellungen passieren lassen (oder ganz entfallen). Bei den Bartschlössern kann durch das Entfallen von Reifblechen eine Gruppe von 6 Schlüsseln dasselbe Schloss sperren. Ich weiß allerdings nicht, ob solche Schlösser in der Realität eingesetzt werden (und ich bezweifle es, ehrlich gesagt).
Noch eine Anmerkung: Gruppenschlösser realisieren ein „mechanisches logisches Oder“ – ein solches Schloss kann aufgesperrt werden, wenn eine Bedingung A oder eine Bedingung B gilt. Dasselbe Problem tritt auch in mechanischen Stellwerken auf, und man stellt dabei fest, dass sicherungstechnisch akzeptable Lösungen nicht leicht zu konstruieren sind. Realisierte Lösungen dafür sind u.a. der „Neutralschieber“ der österreichischen Regelbauart 5007 und der „Gruppenverschluss“ des deutschen Einheitsstellwerks.
Im nächsten Posting werde ich mich der Gesamtkonstruktion, den Baumaterialien sowie einigen speziellen Konstruktionsteilen widmen.

Kommentare:

  1. Hallo Harald,

    in diesem Link:
    http://www.lcu.de/person/epterode/sicherung.html

    hat der Erbauer ein recht einfaches Schlüsselwerk mit Möbelschlössern gebaut, die m. E. alle Anforderungen, auch hinsichtlich der Preiswürdigkeit, erfüllen. Auf den Modulbahnhöfen des FREMO sind diese mittlerweile recht verbreitet-

    Gruß,
    Sebastian

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    1. Gute (kleine) Sache! Ich will dennoch eine "große" Konstruktion durchziehen und auch Hintergründe beschreiben - u.a. wieso ist die Konstruktion so, wie sie ist? und wie projektiert man Schlüsselwerke/Zentralschlösser? ... vielleicht gefällt's jemand, vielleicht auch nicht!

      H.M.

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