Ein halbwegs einfaches Zentralschloss für Modellbahnen: Projektierung Teil 2

Das ist das letzte Posting zu meinem Versuch, mit möglichst einfachen Mitteln ein Zentralschloss oder Schlüsselwerk zu bauen. Die Beschreibung der Konstruktion ist in vier vorhergehenden Postings zu finden, im letzten Posting und in diesem hier beschäftige ich mich mit der Projektierung von Zentralschlössern. Nach den ersten beiden Beispielen im letzten Posting kommen hier nun Projektierungsvorschläge für die Beispiele C. und D.

Beispiel C.

Der Schritt vom vorherigen zu diesem Beispiel ist nicht schwierig – nur die Menge der Weichen, Fahrwege und Signale erhöht sich.

Hier ist der Verschlussplan samt Schlüsselformen – drei Anmerkungen dazu:

• Die W3 soll auch bei einer Fahrt in oder aus Gleis 1 Flankenschutz bieten.
• Die W4 hingegen ist keine Flankenschutzweiche (dazu liegt sie zu weit hinten), daher muss sie nur bei Fahrten im Gleis 1 korrekt stehen und verschlossen sein.
• Die drei ganz rechten Spalten sind nur nötig, wenn der Verschluss von Gegenfahrten im Zentralschloss stattfinden soll; wenn er im Signalstellwerk erfolgt, können sie entfallen (siehe Erklärung beim Beispiel B.). Die (einfache!) Projektierung eines Einfahrt/Ausfahrt-Hilfsschlüssels überlasse ich dem geneigten Leser:

Fahrweg	Sig-schl.	W1+	W1–	W2+	W2–	W3+	W3–	W4+	Gl.1 v.Re	Gl.2 v.Re	Gl.3 v.Re
W-schl.		p	q	r	s	t	u	v
Gl.1 v. Re	b (A 2fl.)		•			•		•	⇓
Gl.2 v. Re	a (A 1fl.)	•		•		•				⇓
Gl.3 v. Re	b (A 2fl.)	•			•		•				⇓
Gl.1 n. Re	c (H1 2fl.)		•			•		•	•
Gl.2 n. Re	d (H2 1fl.)	•		•		•				•
Gl.3 n. Re	e (H3 2fl.)	•			•		•				•

Beispiel D.

Der ganze Bahnhof sieht so aus:

Wie oben schon angemerkt, ist es eher unwahrscheinlich, dass ein so vollständig signalisierter Bahnhof nur ein Zentralschloss im Mittelstellwerk hätte – aber möglich ist es, und wir wollen hier übungshalber auch eine solche Anlage projektieren.

Bei der Projektierung für einen ganzen Bahnhof müssen über die Weichenstellungen hinaus auch Gegenfahrten auf Bahnhofsgleisen und eventuell weitere feindliche Fahrstraßen ausgeschlossen werden. Diese Ausschlüsse werden, weil sie sich nicht aus den Weichenstellungen ergeben, als „besondere Fahrtausschlüsse“ bezeichnet.

1. Offensichtlich müssen Gegeneinfahrten auf dasselbe Bahnhofsgleis von jeder Sicherungsanlage ausgeschlossen werden (dagegen sind Ausfahrten von einem Bahnhofsgleis in beide Richtungen erlaubt).
2. In vielen Ländern ist oberhalb einer relativ niedrigen Streckengeschwindigkeit auch ein „Durchrutschweg“ (auch Schutzweg oder Schutzstrecke genannt) hinter dem Zielpunkt einer Zugfahrt vorgeschrieben. Wenn dieser Durchrutschweg in eine andere Fahrstraße hineinreicht, muss diese ausgeschlossen werden (überlappende Durchrutschwege hingegen werden im Allgemeinen zugelassen).
3. Zuletzt werden Durchfahrten über nicht durchgehende Hauptgleise häufig ausgeschlossen.

Alle solchen Ausschlüsse sind symmetrisch, d.h. wenn eine Fahrt X eine Fahrt Y ausschließt, dann schließt auch Y X aus. Das erspart bei der Zusammenstellung der besonderen Ausschlüsse die Hälfte der Arbeit!

Im Beispiel führen diese Regeln zu folgenden besonderen Fahrtausschlüssen zwischen den beiden Bahnhofsköpfen:

• Einfahrten von Re:
• Gl.1 v. Re schließt aus: Einfahrt Gl.1 v. Li (wegen 1. – Gegeneinfahrt), alle Ein- und Ausfahrten Richtung Li auf Gl.2 und 3 (wegen 2. – Durchrutschweg hinter R1!), Ausfahrt Gl.1 n. Li (wegen 3. – keine Durchfahrt) – also tatsächlich alle Fahrten am linken Bahnhofskopf, allerdings aus verschiedenen Gründen.
• Gl.2 v. Re schließt ebenfalls alle Fahrten am linken Bahnhofskopf aus außer der Ausfahrt Gl.2 n. Li für eine Durchfahrt (Durchfahrten auf durchgehenden Hauptgleisen will man wirklich immer zulassen!).
• Gl.3 v. Re schließt wieder alle Fahrten am linken Bahnhofskopf aus.
• Ausfahrten nach Re:
• Gl.1.n.Re schließt zwei Einfahrten aus, nämlich Gl.1 v.Li (wegen 3.) und Gl.2 v.Li (wegen 2.), aber nicht Gl.3 v.Li, weil dort der Durchrutschweg ins Gleis 3a führen kann (wenn das nicht aus anderen Gründen – Ladegleis? – nicht erlaubt ist, was wir einmal nicht annehmen). Ausfahrten nach Li sind alle erlaubt.
• Gl.2.n.Re schließt nur die Einfahrt Gl.1.v.Li (wegen 2.) aus. Die Durchfahrt mit Gl.2 v.Re und die Einfahrt auf Gl.3 sind erlaubt, und die Ausfahrten sowieso.
• Gl.3 n.Re schließt schließlich aus: Gl.1 v.Li (wegen 2.), Gl.2 v.Li (auch wegen 2.), Gl.3 v.Li (wegen 3.).

Weil alle diese Ausschlüsse symmetrisch sind und wir hier nur mehr Ausschlüsse zwischen den beiden Bahnhofsköpfen untersuchen mussten, haben wir damit auch die Ausschlüsse der Fahrten von und nach Li fertig analysiert.

Ein möglicher Verschluss- und Projektierungsplan für diesen Bahnhof ist hier dargestellt:

Zweirichtungsprojektierung

Die Einrichtungsprojektierung erfordert in vielen Fällen jeweils zwei Schubstangen, die exakt dieselben Weichen verschließen, nämlich für jede Richtung einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Zusätzlich sind weitere Verschlüsse nötig, um diese beiden Schubstangen gegeneinander zu verriegeln – entweder im Signalstellwerk, oder durch zusätzliche vertikale Schieber im Zentralschloss. Das macht solche Schlösser gerade für einfache Verhältnisse ziemlich aufwendig, wie man an den Beispielen B. und C. im letzten Abschnitt gesehen hat.

Bei der Zweirichtungsprojektierung wird dagegen für jede Verbindung zwischen zwei Punkten nur eine Schubstange für beide Richtungen vorgesehen – allerdings wird dann die Freigabe der Signale bei mehr als zwei Gleisen und bei Gruppenausfahrsignalen schwieriger. Weil die Zweirichtungsprojektierung aber in manchen Fällen doch einiges an Aufwand spart, projektieren wir jetzt zwei Zentralschlösser damit durch.

Beispiel B. mit Zweirichtungsprojektierung

Für die zwei möglichen Gleise sehen wir zwei Fahrstraßenschieber vor; die Weichenschlüssel für die eine Weiche bleiben wie gehabt:

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–
Weichenschlüssel		p	q
von und nach Gl. 1		•
von und nach Gl. 2			•

So weit, so gut – aber welche Signalschlüssel verwenden wir?

Das Problem ist, dass

• für Einfahrten zwei verschiedene Schlüssel nötig sind, weil das Einfahrsignal A für Gleis 1 einflügelig, für Gleis 2 aber zweiflügelig, also mit zwei verschiedenen Hebeln (oder Schlüsselschaltern bei elektrischer Bedienung) freigestellt werden muss;
• für Ausfahrten aus beiden Gleisen die gleiche Bedienung nötig ist, nämlich Freistellen des einflügeligen H1-2.

Eine mögliche Lösung ist die Verwendung eines „Gruppenschlosses“ für das Ausfahrsignal. Wenn wir dort etwa ein Gruppenschloss „ac“ einsetzen, dann können folgende Signalschlüssel verwendet werden:

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–
Weichenschlüssel		p	q
von und nach Gl. 1	a (A 1fl. [a]; H1-2 [ac])	•
von und nach Gl. 2	c (A 2fl. [c]; H1-2 [ac])		•

Sowohl der Schlüssel a als auch der Schlüssel c (aber nur diese beiden) sperren das Schloss am Signalhebel von H1-2, das also für beide Ausfahrten freigestellt werden kann. Zugleich erkennt man, dass Gegenfahrten nicht mehr gestellt werden können, weil ja nur ein Schlüssel pro Fahrweg vorhanden ist – es wird also erzwungen, dass nur entweder das Einfahrsignal oder das Ausfahrsignal freigestellt werden kann.

Beispiel C. mit Zweirichtungsprojektierung

Auch dieses Beispiel lässt sich mit Zweirichtungsprojektierung projektieren:

• Jedes der Ausfahrsignale erhält natürlich ein Schloss mit eigener Schlüsselform.
• Für das zweiflügelige Freistellen des Einfahrsignals in Gleis 1 oder 3 verwenden wir ein Gruppenschloss „ac“, damit die beiden Ausfahrsignale die verschiedenen Schlüssel a und c verwenden können:

Fahrweg	Sig-schl.	W1+	W1–	W2+	W2–	W3+	W3–	W4+
W-schl.		p	q	r	s	t	u	v
v.u.n. Gl.1	a (A 2fl. [ac], H1 [a])		•			•		•
v.u.n. Gl.2	b (A 1fl. [b], H2 [b])	•		•		•
v.u.n. Gl.3	c (A 2fl. [ac], H3 [c])	•			•		•

Man sieht, dass dieses Zentralschloss – bei gleicher Sicherheit! – signifikant kleiner als bei Einrichtungsprojektierung wird: Statt 13 Schlössern und 16 Schiebern hat es nur 10 Schlösser und Schieber.

Im Beispiel D. kann die Zweirichtungsprojektierung allerdings ihre Vorteile nicht mehr ausspielen, weil die besonderen Verschlüsse für Fahrten auf verschiedenen Bahnhofsköpfen doch getrennt realisiert werden müssen. Und weil dabei Einfahrt und Ausfahrt für jedes Bahnhofsgleis wegen der Gegeneinfahrten, aber auch wegen der Durchrutschwege praktisch immer verschiedene besondere Verschlüsse benötigen, müssen dafür auch zwei verschiedene Schlüssel verwendet werden. Eine Zweirichtungsprojektierung ist dann praktisch nie mehr möglich.


Damit beende ich nach sechs Postings meinen Versuch, ein „erschwingliches“ Zentralschloss oder Schlüsselwerk für Modellbahnen zu konstruieren. Wenn jemand Lust hat, kann er gerne nach meinen Plänen so etwas bauen – oder auch, weil ihm nun klar geworden ist, dass meine Entscheidungen (für Material, Fertigung, Konzept oder was auch immer) genau „falsch herum“ sind, genau das Gegenteil entwerfen – wie immer das dann aussieht. Mehr, als dass irgendwo irgendwer ein Stückchen mehr versteht, was sich in so einem Stellwerk eigentlich abspielt oder abspielen kann, wollte ich auch hier nicht erreichen.

Ein halbwegs einfaches Zentralschloss für Modellbahnen: Projektierung Teil 1

Nachdem ich im letzten Posting auf den Bau des Zentralschlosses eingegangen bin, widme ich mich hier wieder einem abstrakteren Thema, nämlich der Projektierung eines Zentralschlosses.

Die „Projektierung“ ist der Vorgang, wo aus den Anforderungen – i.w. dem Lageplan eines Bahnhofes – der Bauplan für die Sicherungsanlage entsteht. Praktisch alle Sicherungsanlagen werden nicht von Grund auf neu konstruiert, sondern aus einem „Baukasten“ zusammengesetzt. Dieser „Baukasten“ hat von einer Aufsichtsbehörde eine Typengenehmigung bekommen, die sich auch darauf erstreckt, wie der Zusammenbau erfolgt. Insbesondere dürfen dabei an den „Bausteinen“ i.d.R. keine Änderungen vorgenommen werden, sonst ist die Sicherheit der Anlage (praktisch und rechtlich) dahin. Weil bei der Projektierung also keine Neukonstruktion erfolgt, ist das Ergebnis auch nicht ein klassischer Konstruktionsplan wie im Maschinenbau, sondern ein dem Typ der Anlage entsprechender Bauplan, der sich auf den „Baukasten“ bezieht. Für meinen in vorherigen Postings vorgeschlagenen „Zentralschloss-Baukasten“ muss ich nun auch ein zugehöriges Bauplan-Muster vorlegen, das als Unterlage für Projektierungen dient.

Alles Folgende habe ich frei erfunden – ich habe keine Ahnung, wie bei echten Eisenbahnen mit Zentralschlössern oder Schlüsselwerken die Projektierung stattfindet und welche Regeln und Hilfsmittel dafür existieren. Aber „irgendwie so ähnlich“ muss es bei ÖBB, DB, CD, MAV usw. gemacht werden ...

Die Pläne, die wir für unsere Zentralschloss-Projektierung brauchen, sind

• als „Input“ ein Gleisplan
• als „Output“ ein Verschlussplan, der mit einigen Informationen angereichert ist (nämlich den zu verwendenden Schlüsseln).

Gleispläne

Ich spreche im Folgenden nur von Zentralschlössern, die Abhängigkeiten zwischen Weichen und Hauptsignalen für Zugfahrten herstellen sollen. Neben der Freigabe eines Hauptsignals gibt es weitere Gründe für einen Weichenverschluss, z.B. eine Zustimmungsabgabe an ein anderes Stellwerk oder eine Nachtsperre des Bahnhofs. Diese meistens einfacheren Abhängigkeiten wird man leicht projektieren können, wenn man Signalabhängigkeiten projektieren kann.

Als Gleispläne sollen möglichst einfache, also schematische Pläne ausreichen – also keine originalgetreuen Lagepläne. Für Besonderheiten reichen textuelle Anmerkungen im Plan – das können z.B. besondere Durchrutschwege oder extra zu verschließende Weichen wegen anschließender Steilrampen sein oder was auch immer. In den folgenden Beispielen verzichte ich aber auf solche Spezialitäten.

Hier sind vier Gleispläne, die wir im Folgenden für die Projektierungsbeispiele verwenden werden.

A. Der erste Plan ist vermutlich der minimalste Bahnhof überhaupt, den man mit Fahrstraßensicherung versehen kann: Eine Weiche in die zwei Hauptgleise 1 und 2, ein einflügeliges Einfahrsignal, kein Ausfahrsignal.

B. Der zweite Plan zeigt eine Seite eines Bahnhofs mit Gruppenausfahrsignalen, wie das in Österreich auf vielen Nebenstrecken die Regel war (tatsächlich kam es sogar auf Hauptstrecken und bei größeren Bahnhöfen vor: Lienz, immerhin Zugbildebahnhof, war bei sieben Hauptgleisen bis in die 1980er Jahre so ausgerüstet!). Das entsprechende Zentralschloss würde in einem Endstellwerk dieses Bahnhofs aufgestellt sein. Der gegenseitige Ausschluss von feindlichen Fahrten auf den beiden Bahnhofsköpfen (z.B. Gegeneinfahrt auf Gleis 1) muss „irgendwo anders“ realisiert sein, z.B. in einem Befehlswerk in der Fahrdienstleitung.

C. Der dritte Plan zeigt einen voll signalisierten Bahnhofskopf für drei Hauptgleise. Ich habe mir die Freiheit genommen, hier die Gleise und Weichen nicht „österreichisch“, sondern „deutsch“ vom Empfangsgebäude her zu nummerieren – die Eisenbahngesellschaft in diesem Bahnhof „macht das eben so“ ... Als zusätzliche Schwierigkeit liegt hier innerhalb des Gleis 1 die Weiche 4 zu einem Ladegleis. Weil der linke Bahnhofskopf nicht angegeben ist, sind die Ausfahrsignale dort nur skizzenhaft als Einflügler gezeichnet. Auch hier sichert das Zentralschloss nur die Fahrten eines Bahnhofskopfes. Allerdings ist bei einem Bahnhof mit dieser vollständigen Signalisierung die Verwendung eines Zentralschlosses schon ziemlich unwahrscheinlich ... außer vielleicht bei Bauzuständen:

D. Der vierte Plan schließlich erweitert den vorherigen Bahnhof um den linken Bahnhofskopf. Ein entsprechendes Zentralschloss würde – wenn es denn verwendet würde – in der Fahrdienstleitung aufgestellt sein:

Bei allen Gleisplänen soll die Grundstellung oder Pluslage aller Weichen jeweils die Stellung in die Gerade sein.

Verschlussplan

Das Ergebnis einer Projektierung ist ein Verschlussplan, ergänzt um Details zu den Schlössern. Im Laufe der Projektierung entsteht dieser Plan Zug um Zug.

Der Verschlussplan ist eine Tabelle, wo für jede zu sichernde Zugfahrt beschrieben ist, welche Bahnhofselemente wie verschlossen sein müssen. Manche Einträge folgen dabei aus der „Physik“ der Eisenbahn – z.B. kann eine befahrene Weiche nur in einer Stellung verschlossen sein, die zum Zielpunkt der Fahrt führt. Viele Einträge ergeben sich aber „nur“ aus Vorschriften – z.B., welche Flankenschutzeinrichtungen verschlossen sein müssen. Hier gibt es einerseits anerkannte Regeln, andererseits kann von solchen Regeln auch abgewichen werden ... wenn es die jeweilige Aufsichtsbehörde erlaubt; Beispiele dafür sind etwa die Behandlung von Zwieschutzweichen zu verschiedenen Zeiten.

Die zulässige Darstellung von Verschlussplänen (und anderen Projektierungsunterlagen) unterscheidet sich von Eisenbahn zu Eisenbahn, zuständiger Aufsichtsbehörde zu Aufsichtsbehörde usw.usf. Also erfinde ich auch hier etwas, was für „meine Eisenbahn richtig ist“: In jeder Zeile der Tabelle wird eine Fahrtmöglichkeit angeschrieben; und je verschließbarer Stellung der Stellelemente gibt es eine eigene Spalte. An den Kreuzungspunkten von Zeilen und Spalten wird über einen einfachen Punkt markiert, ob die angegebene Stellung für die Fahrtmöglichkeit verschlossen werden muss. Der Sinn dieser Art der Darstellung ist natürlich, dass sie 1:1 in ein Zentralschloss übersetzt werden kann: Jede Zeile entspricht einem Fahrstraßenschieber, jede Spalte einem Weichenschieber, und genau an den markierten Punkten sind die Schrauben einzusetzen, die den gegenseitigen Verschluss bewirken.

Hier ist ein Beispiel eines solchen Verschlussplans – „v.u.n.“ bedeutet „von und nach“, d.h. jeder Fahrstraßenschieber sichert hier sowohl Ein- als auch Ausfahrt für das angegeben Gleis (mehr zu dieser „Zweirichtungsprojektierung“ weiter unten):

Fahrweg	W1+	W1–	W2+
v.u.n. Gl.1		•	•
v.u.n. Gl.2	•

Diese Art von Verschlussplan unterscheidet sich von der häufiger verwendeten Darstellung, wo je Weiche nur eine Spalte vorhanden ist, in die je nach zu verschließender Stellung + oder – einzutragen ist:

Fahrweg	W1	W2
v.u.n. Gl.1	–	+
v.u.n. Gl.2	+

Für die Projektierung eines Zentralschlosses muss der Verschlussplan noch um die konkreten Schlüsselprofile erweitert werden. Das mache ich durch Einziehen einer zusätzlichen Zeile und Spalte. Das Ergebnis sieht dann beispielsweise so aus:

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–	W2+
Weichenschlüssel		p	q	v
v.u.n. Gl.1	a (A 2fl. [a], H1 [a])		•	•
v.u.n. Gl.2	b (A 1fl. [b], H2 [b])	•

Die Bedeutung der zusätzlichen Einträge für Signal- und Weichenschlüssel in diesem Beispiel ist:

• Die Weiche 1 soll in der Plus-Stellung durch einen Schlüssel mit Profil p versperrt werden, in der Minusstellung durch einen Schlüssel mit Profil q.
• Die Weiche 4 wird in der Plusstellung durch einen Schlüssel mit Profil v gesperrt (in der Minusstellung kann sie nicht versperrt werden – vielleicht führt sie in ein Ladegleis).
• Für die Signale werden Schlüssel der Formen a und b verwendet, wobei in Klammern angegeben ist, was welcher Schlüssel am Signalhebelwerk (oder -schalterwerk) freigibt und – in eckigen Klammern – welches Prüfprofil dort im Schloss eingebaut ist.

Ein- und Zweirichtungsprojektierung

Im Großen und Ganzen gibt es zwei Möglichkeiten für die Projektierung eines Zentralschlosses, die ich so bezeichne:

• „Zweirichtungsprojektierung“
• „Einrichtungsprojektierung“

Bei der „Zweirichtungsprojektierung“ wird für eine Fahrt von einem Punkt A zu einem Punkt B (z.B. von einem Streckengleis auf ein bestimmtes Bahnhofsgleis) und für die Fahrt der Gegenrichtung (von dem Bahnhofsgleis auf das Streckengleis) derselbe Fahrstraßenschieber verwendet. Bei der „Einrichtungsprojektierung“ gibt es dagegen für die Fahrten A?B und B?A zwei verschiedene Fahrstraßenschieber. Wenn zwischen zwei Punkten nur Zugfahrten in einer Richtung stattfinden können (z.B. bei einer zweigleisigen Strecke mit Richtungsbetrieb), dann ist diese Unterscheidung irrelevant – aber der Löwenanteil der Zentralschlösser wird auf eingleisigen Strecken eingesetzt, wo es i.d.R. beide Fahrmöglichkeiten zwischen zwei Punkten gibt.

Beide Arten der Projektierung haben ihre eigenen Nachteile und „trickreichen Lösungen“, die ich weiter unten beschreibe. Ob eine bestimmte Art der Projektierung jeweils für Ihre (Modell-)Eisenbahn zulässig ist, müssen Sie mit Ihrer lokalen (fiktiven) Landes- oder Bundes- oder anderen Aufsichtsbehörde klären ...

In der Realität habe ich für die Freigabe von Signalschlüsseln nur Zentralschlösser mit Einrichtungsprojektierung gesehen, Zweirichtungsprojektierung dagegen nur für Zustimmungsschlüssel. Prinzipiell können aber in manchen nicht zu komplexen Fällen auch mit Zweirichtungsprojektierung signaltechnisch sichere Hauptsignalabhängigkeiten hergestellt werden.

Ich beginne mit der Einrichtungsprojektierung, weil sie einfacher zu erklären und in der Wirklichkeit vorherrschend ist.

Einrichtungsprojektierung

Beispiel A.

Hier gibt es nur zwei Fahrmöglichkeiten mit Signalverschluss:

• Vom Signal A in das Gleis 1 – oder korrekter: Bis zum Fahrwegende im Gleis 1.
• Vom Signal A bis zum Fahrwegende im Gleis 2.

Das einzige stellbare Element ist die Weiche 1, die passend stehen und – weil sie bei Einfahrten spitz befahren wird – auch verschlossen sein muss. Der Verschlussplan sieht in diesem Fall so aus:

Fahrweg	W1+	W1–
von Re in Gl. 1	•
von Re in Gl. 2		•

(Bei den Ausfahrten hängt es für diesen Bahnhof von den jeweiligen Vorschriften ab, wie vorzugehen ist und ob das Zentralschloss überhaupt eine Rolle spielt. In Österreich muss in diesem Fall die Weiche meines Wissens nur richtig gestellt sein und, wenn sie ortsbedient ist und Ortsfremde sie umstellen könnten, darüber hinaus bewacht werden. Ich beschränke mich aber darauf, die Signalabhängigkeiten zu projektieren und lasse die Ausfahrten daher hier ganz weg).
Weil das einflügelige Signal A für beide Fahrten mit dem gleichen Hebel freigestellt wird, sieht man für beide Fahrten denselben Signalschlüssel vor – nehmen wir der Einfachheit halber die Form a. Die Weichenschlüssel müssen sich natürlich unterscheiden, und sie müssen sich auch vom Signalschlüssel unterscheiden, sonst wäre das ganze Zentralschloss witzlos.

Ach ja – eigentlich ist das Zentralschloss hier witzlos: Man könnte einfach zwei gleiche Weichenschlüssel verwenden und damit das Signal direkt aufsperren. Aber diese sonderbare Sonderlösung will ich hier ignorieren – wir wollen schließlich Zentralschlösser projektieren.

Wir wählen für die Weichenschlösser die Formen p und q (wieso nicht?) und erhalten als Projektierungsunterlage:

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–
Weichenschlüssel		p	q
von Re in Gl. 1	a (A/1fl. [a])	•
von Re in Gl. 2	a (A/1fl. [a])		•

Das ist genau der Verschlussplan meines Prototyp-Zentralschlosses.

Beispiel B.

Auf zum nächsten Beispiel:

Noch immer nur eine Weiche, aber nun zwei Signale und vier Fahrwege mit der jeweils entsprechenden Weichenstellung:

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–
Weichenschlüssel
von Re in Gl. 1		•
von Re in Gl. 2			•
aus Gl. 1 nach Re		•
aus Gl. 2 nach Re			•

Für das Signal A brauchen wir nun zwei Schlüssel – einen für den Hebel, der einflügelig freistellt, den zweiten für zweiflügeliges Freistellen. Für das Gruppenausfahrsignal H1-2 hingegen reicht wieder eine Schlüsselform für beide Fahrwege. An der Weiche setzen wir weiterhin die Schlüssel p und q ein.

Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–
Weichenschlüssel		p	q
von Re in Gl. 1	a (A/1fl. [a])	•
von Re in Gl. 2	b (A/2fl. [b])		•
aus Gl. 1 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])	•
aus Gl. 2 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])		•

Fertig? Nein – leider nicht: Denn aus diesem Zentralschloss könnten wir, wenn die Weiche 1 in die Gerade steht, zugleich den a- und den c-Schlüssel entnehmen und damit beide Signale zugleich gegeneinander freistellen! Wenn wir schon Signale samt Sicherungsanlage aufstellen, darf das nicht möglich sein (sagt meine Aufsichtsbehörde – wie alle Behörden in Wirklichkeit das tun). Was können wir tun? Es gibt mehrere Möglichkeiten:

1. Die Verriegelung der Signale gegeneinander erfolgt erst bei den Signalhebeln: Beide Schlüssel können tatsächlich aus dem Zentralschloss entnommen werden, aber über eine „Signalsperre“ (direkt zwischen den Signalhebeln) oder über sich gegenseitig blockierende Signalschieber im Signalstellwerk wird das gleichzeitige Freistellen verhindert. Diese Lösung wurde in Österreich in vielen Fällen verwendet.
2. Im Zentralschloss werden Abhängigkeiten zwischen den Fahrstraßenschiebern hergestellt. Dazu müssen einige dieser Schieber ihre Bewegung auf vertikale Schieber übertragen, die dann wie Weichenschieber von anderen Fahrstraßen geprüft werden können. Hier ist ein Vorschlag dafür:
   
   

   Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–	v.Re in Gl.1	v.Re in Gl.2
   Weichenschlüssel		p	q
   von Re in Gl. 1	a (A/1fl. [a])	•		⇓
   von Re in Gl. 2	b (A/2fl. [b])		•		⇓
   aus Gl. 1 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])	•		•
   aus Gl. 2 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])		•		•

   
   Der Pfeil nach unten ⇓ soll hier bedeuten, dass der waagrechte Fahrstraßenschieber hier einen senkrechten Schieber mitbewegt. Nun kann z.B. der Schieber „aus Gl.1 nach Re“ prüfen, dass der Schieber „v.Re in Gl.1“ in Grundstellung steht (sein Schlüssel eingeschlossen ist). Diese Lösung wird z.B. beim deutschen Einreihenschlüsselwerk verwendet.
3. Eine Alternative, die die zusätzliche Mechanik von Lösung 2. erspart, ist die Einführung eines zusätzlichen Schlüssels für „Ein- oder Ausfahrt“. Dieser Schlüssel wird entweder in das Schloss für „Einfahrt“ oder jenes für „Ausfahrt“ gesperrt – abhängig davon werden nur die Einfahr- oder nur die Ausfahrschieber freigegeben:
   
   

   Fahrweg	Signalschlüssel	W1+	W1–	Einfahrt	Ausfahrt
   Weichenschlüssel		p	q	r	r
   von Re in Gl. 1	a (A/1fl. [a])	•		•
   von Re in Gl. 2	b (A/2fl. [b])		•	•
   aus Gl. 1 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])	•			•
   aus Gl. 2 nach Re	c (H1-2/1fl. [c])		•		•

   
   Solche „Hilfsschlüssel“ gab es tatsächlich in mehreren Stellwerken. Ein umfängliches Beispiel, allerdings mit Trommelschlüsselwerken statt Zentralschlössern, stand lange in Wampersdorf.

Im nächsten (und letzten) Posting setzen wir die Projektierung mit den Beispielen C. und D. fort und widmen uns zuletzt der „Zweirichtungsprojektierung“.

Ein halbwegs einfaches Zentralschloss für Modellbahnen: Konstruktionselemente, Prototyp

English version

Im letzten Posting habe ich erklärt, wie die Zwangsführung des Schiebers durch den Schlüssel funktioniert; und bin kurz auf die Kröpfung der Schieber und die Umlenkung für ein Einreiehnschlüsselwerk oder besondere Fahrtausschlüsse eingegangen.

Dieses Posting hier erklärt eine mögliche Anbindung des Zentralschlosses an eine Modellbahn, das allgemeine Baukonzept und zeigt einen minimalen Prototyp, den ich gebaut habe.

Das Weichenschloss

Wie weiter oben schon erklärt, befindet sich etwa die Hälfte der Schlösser gar nicht am Zentralschloss, sondern an der Außenanlage und am Signalwerk, wo sie mit anderen Teilen der Modellbahn verbunden werden müssen. Ich beschreibe hier meine Überlegungen zu Weichenschlössern – Signalschlösser sind dann nur mehr „halbe Weichenschlösser“.

Zur Weichensteuerung gibt es bei einer Modellbahn zumindest die folgenden Möglichkeiten:

1. Die Weichen haben elektrische Antriebe und sollen möglichst einfach gestellt werden.
2. Die Weichen haben elektrische Antriebe und sollen mit einem eigenen Hebel – z.B. einem dem Vorbild nachempfundenen Stellgewicht – gestellt werden.
3. Die Weichen werden mechanisch – etwa über Bowdenzüge – von einem eigenen Hebel gestellt.

Ich gehe hier einmal nur auf den ersten Fall ein, für die anderen muss man sich wegen der vorhandenen mechanischen Teile eigene Konstruktionsergänzungen überlegen.

Bei einer Weiche mit zwei Schlössern – die also in beiden Lagen verschlossen werden kann – ist das Problem, dass wir im Gegensatz zur Realität die zwei Weichenschlösser nicht (auf einfache Art) mechanisch mit der Modellbahnweiche verbinden können. Damit kann auch nicht die Weiche selbst durch ihre Lage sicherstellen, dass aus höchstens einem der beiden Schlösser ein Schlüssel entnommen wird. Wir müssen also hier eine indirekte Verbindung herstellen.

Die hier beschriebene Lösung ist i.w. jene, die bei der Schulungsanlage der ÖBB in Wien Süd – immerhin einer Ausbildungsanlage für richtige Fahrdienstleiter – realisiert war:

• In der Nähe der Weiche sind mitten in der Landschaft (so war es in Wien Süd!) oder am Anlagenrand je Weiche zwei Weichenschlösser vorhanden, die beim Umsperren auch die Weiche umstellen.
• Die zwei Weichenschlösser sind so gegeneinander verriegelt, dass höchstens einer der beiden Schlüssel entnommen werden kann, und dass die Stellung der Weiche dann passend ist.

Hier ist eine Prinzipdarstellung dieser Konstruktion für eine Weiche W1, die Erklärung folgt gleich danach:

Oben sehen wir den Doppelspulenantrieb der Weiche, von dem wir annehmen, dass er endabgeschaltet ist (ein Motorantrieb ist natürlich genauso möglich). Unten sind zwei von den Weichenschlüsseln bewegte kleine Schieber (blau und orange) dargestellt; darunter ist ein dreieckiges Plättchen (grün), das sich um die dargestellte kreisförmige Achse drehen kann und das zugleich den Schalter bedient.

1. In der links gezeigten Stellung ist der linke Schlüssel (W1+) entnommen, daher ist der blaue Schieber nach unten verschoben. Das grüne Plättchen wird von ihm nach rechts gedrängt und schaltet daher die Weichenantriebsspule für W1+ ein, sodass die Weiche in dieser Stellung steht. Zugleich verhindert das Plättchen auch, dass sich der orange Schieber nach unten bewegen kann (er müsste dann das grüne Plättchen in den blauen Schieber hineindrücken!), und daher ist der Schlüssel W1– (durch die graue Markierung angedeutet) im Schloss eingesperrt.
2. Wenn der W1+-Schlüssel aus dem Zentralschloss genommen und im linken Weichenschloss umgesperrt wird (mittleres Diagramm), dann geht zwar der blaue Schieber nach oben, aber sonst passiert nichts – ich nehme hier an, dass der vom Plättchen bewegte Schalter eine Raststellung hat und daher nicht einfach „von selbst“ die Stellung wechselt.
3. Wenn nun aber der W1–-Schlüssel umgesperrt wird, um ihn zu entnehmen (rechtes Diagramm), dann wird das Plättchen nach links gekippt und schaltet damit einerseits die Spule für W1– ein, andererseits wird nun der blaue Schieber an der Bewegung nach unten gehindert, sodass der W1+-Schlüssel eingeschlossen ist.
4. Wenn der W1–-Schlüssel wieder eingesperrt wird, erreichen wir wieder die mittlere Stellung, allerdings werden Plättchen und Schalter in der unten gezeigten Position verbleiben, sodass die Weiche noch in der Minusstellung verbleibt, bis jemand den W1+-Schlüssel umsperrt, was uns wieder zu Punkt 1. führt.

Aus Sicht des Zentralschlosses ist die ganze grau umrahmte Einheit – also Weiche mit Antrieb und gegeneinander verriegelten Schlössern – „die Weiche“; dass ihre Teile auf der Anlage vielleicht einige Meter auseinander liegen, „weiß“ das Zentralschloss nicht: Es „nimmt an“, dass die verfügbaren Schlüssel immer mit der Stellung der Weiche korrespondieren. Und die angegebene Mechanik stellt dabei sicher, dass nicht beide Schlüssel zugleich im Zentralschloss stecken können.

Allerdings ist (hoffentlich) klar, dass diese Konstruktion – im Gegensatz zu allen anderen Konstruktionen, die ich hier vorstelle – nicht sicherungstechnisch sicher ist! Sie ist eben die „Schnittstelle“ zwischen der Sicherheitswelt und der „hoffentlich funktionierenden“ Modellbahntechnik. Vermutlich ist es möglich, mit größerem mechanischen oder elektrischen Aufwand auch eine sichere Verbindung zwischen den Zungen einer Modellbahnweiche und Weichenschlössern herzustellen – aber das ist ein ganz anderes Thema und geht weit über das hinaus, was ich hier vorstellen will.

Wenn eine Weiche nur in einer Stellung verschlossen werden soll, dann reicht ein Schloss, dessen Schieber direkt den Weichenschalter betätigt:

Im Detail sind die Weichenschlösser etwas anders konstruiert, aber das dient nur der einfacheren Herstellung. Hier ist ein Verweis auf meine aktuelle Konstruktionszeichnung:

• Zentralschloss--Weichenschloss.pdf

Signalschlösser

Mit dem entnommenen Fahrstraßenschlüssel soll schlussendlich ein Signal gestellt werden – dafür brauchen wir ein weiteres Schloss mit Schalter. Es kann aber so wie ein einfaches Weichenschloss aufgebaut sein – siehe das Beispiel oben.

Zuhaltung

Wie weiter oben erklärt, haben die Schlösser keine Zuhaltung. In der unteren Stellung werden sie daher nur durch die Feder festgehalten. Allerdings könnte man eine Zuhaltung ergänzen. Zuerst habe ich es auf der üblichen Seite versucht (d.h. so, dass der Bart die Zuhaltung anhebt) – da verheddert man sich aber sehr mit anderen Teilen der Konstruktion. Dann ist mir eingefallen, dass man die Zuhaltung von der Rückseite des Schlüssels bedienen lassen könnte. Der folgende Link verweist auf eine Skizze einer Konstruktion aus einem Stück Federdraht, das in den Abstandshaltern befestigt wird. Ich habe dieses Patent aber nicht ausprobiert und vermute, dass man es in einigen Details verbessern müsste, damit es praktisch funktioniert.

• Zentralschloss--Schieber+Zuhaltungen.pdf

Baukonzept

Die ganze Konstruktion ist darauf ausgelegt, dass man sie mit etwa 1mm Genauigkeit herstellt. Für eine Feinmechanik ist das ziemlich (eigentlich sogar sehr) ungenau, aber die Konstruktion soll ja „hobby-tauglich“ sein.

Für die Herstellung der Bauteile (Schieber, Schlüssel, Prüfprofile, Grundplatte sowie Deckplatte mit Schlüssellöchern) gibt es zumindest die drei folgenden Verfahren, die man auch mischen kann:

1. Die Bohr- und Sägestellen der Einzelteile werden einzeln direkt auf dem Rohmaterial angezeichnet, danach werden die Teile einzeln gesägt und gebohrt.
2. Man baut sich Bohr- und Sägelehren, durch die man ohne Anzeichnen direkt die Bohrungen und Sägeschnitte vornehmen kann.
3. Man druckt Maßzeichnungen auf Klebefolie, die man auf dem Rohmaterial anbringt. Direkt durch die aufgeklebten Folien kann man nun die Bohrungen und Schnitte vornehmen.

Die drei Verfahren haben verschiedene Vor- und Nachteile:

• Die Verwendung von Lehren ergibt im Durchschnitt ungenauere Einzelteile als die direkte Herstellung: Denn es addieren sich die Fehler von der Lehrenherstellung mit jenen bei der Verwendung der Lehren (wenn die Lehrenherstellung mit derselben Genauigkeit wie die direkte Herstellung erfolgt). Andererseits ist man mit passend gefertigten Lehren viel schneller, und die Maximalfehler werden begrenzt. Es kann also durchaus sinnvoll sein, Lehren zu bauen, damit man schnell ein Teil noch einmal fertigen kann, das zu ungenau geworden ist.
• Das Klebeverfahren kann man als Lehrenverwendung von „Wegwerflehren“ betrachten. Weil Drucker heutzutage auf mindestens 0,1mm genau und genau 1:1 ausdrucken können, ist es vermutlich das einfachste Verfahren, wenn man ein kleineres Zentralschloss herstellen will – man erspart sich den Zeitaufwand (und die Frustrationen) der Lehrenherstellung, vermeidet aber auch Fehler und Zeitaufwand des Einzelanzeichens.
• Das Einzelanzeichnen ist, entsprechende Sorgfalt vorausgesetzt, das genaueste Verfahren, aber braucht eben bei jedem Einzelteil seine Zeit.

Ziemlich sicher ist eine passende Mischung das Richtige: Ich könnte mir vorstellen, dass man größere Teile (Grund- und Deckplatte) einzeln anzeichnet, während man mehrfach herzustellende Teile (Schieber, Schlüssel, Schlösser) mit dem Klebeverfahren herstellt. Immer dann, wenn einem eine genaue Einzelarbeit zu aufwendig wird (insbesondere Sägearbeiten mit dem Umstellen eines Anschlages), fertigt man eine Lehre für diesen Schritt an.

Noch ein paar allgemeine Punkte zur Herstellung – Leute mit Werkstatterfahrung wissen das alles und noch viel mehr, aber vielleicht hilft’s dem einen oder anderen:

• Genaues Anzeichnen ist enorm wichtig. Ich kann das nur mit einem Geo-Dreieck – damit schaffe ich ca. 0,3mm Genauigkeit. Als Zeichengeräte verwende ich
• auf Holz einen ordentlich gespitzten – und immer wieder nachgespitzten – Bleistift (oder einen Druckbleistift mit 0,5mm-Mine)
• auf Blech und Acrylglas eine Reißnadel.
Mit beiden Geräten muss man das genaue Anlegen an Markierungen üben: Durch die Minenstärke und eventuell die schräge Position des Zeichengeräts verläuft die gezeichnete Linie ein wenig neben der Kante des Dreiecks. Diese Distanz muss man durch Übung abschätzen lernen. Darüber hinaus muss man lernen, wie man genaue Markierungen anbringt (so kurz wie möglich – lieber dann mit Bleistift einkreisen) und wie man lange Linien zieht (Dreieck oder Lineal sofort so festhalten, dass man nicht umgreifen muss). Zeichnen im Schattenwurf des Dreiecks oder Lineals ist ganz schlecht – dann das Werkstück umdrehen.
• Auch seine Werkzeuge und Maschinen muss man kennen. Durchschnittliche Tischbohrmaschinen haben etwas vertikales Spiel im Lager, sodass die Anzeige auf dem Tiefenanschlag nur sehr ungefähr stimmt. Bohrer verkanten sich beim Austritt an der Werkstückunterseite und können dieses nach oben reißen oder kreiseln lassen. Stichsägen und Bandsägen erzeugen bei der ersten Berührung durch das Werkstück einen Ruck, der das präzise angelegte Stück „aus der Bahn wirft“. Anschläge sind nicht exakt im rechten Winkel oder haben etwas Spiel. Alles das kann man durch Wissen und rechtzeitiges kräftiges Festhalten in den Griff bekommen oder besser durch Einspannen – möglichst in einem schweren Maschinenschraubstock, nicht in den leichten Dingern, die man im Baumarkt kriegt und die nur außen so ähnlich aussehen –, bevor man sich um Tausende Euros mit neuen Maschinen eindeckt und dann feststellt, dass man auch diese bedienen lernen muss ...

Ein Prototyp

Hier sieht man einige Aufnahmen des Prototyps, den ich nach meinen Ideen oben einmal zusammengeschneidert habe. Die Genauigkeit ist so mäßig wie angekündigt (ca. ein Millimeter), aber die Schlösser tun – mit Ausnahme eines Konstruktionsproblem, das ich noch lösen müsste – ihren Dienst.

Das erste Bild zeigt links ein Zentralschloss mit Schlössern für eine Weiche sowie zwei Fahrstraßen, rechts das zugehörige doppelte Weichenschloss. Ein paar Anmerkungen, bevor mich jemand überfällt:

• An diversen Dübeln und Schraubenlöchern sieht man, dass ich schon etwas herumexperimentiert habe ... eigentlich müsste man die Dinger von Grund auf neu bauen.
• Sicherungstechnisch natürlich vollkommen unakzeptabel ist, dass beide Schlösser unter der Frontplatte offen sind!
• Das Zentralschloss hat außerdem eine zu kleine Grundplatte (die Fahrstraßenschieber schauen links hinaus). Da habe ich mich leider verrechnet.
• Das Zentralschloss ist für mehr Schieber vorgesehen – wenn ich irgendwann Lust habe, baue ich noch eine Umlenkung drauf und vielleicht noch einen Fahrstraßenschieber.
• Die „Minusschlüssel“ habe ich nicht, wie in Österreich üblich, mit dreieckigem Griff versehen, sondern viereckig gelassen. Zwei Sägeschnitte je Schlüssel würden reichen, um das zu korrigieren ...

Die folgenden zwei Bilder zeigen das Zentralschloss allein und ein Detail davon:

Hier noch ein paar Bilder des Weichenschlosses:

Und zum Schluss hier ein paar Bilder der Lehren, die ich mir gebaut habe. Das erste Bild zeigt vorne die Bohrlehren, die „überlebt“ haben. Hinten, auf dem „Blechhaufen“ und daneben und dahinter, liegt eine ganze Reihe Lehren, die ich verwerfen musste, weil sie viel zu ungenau waren:

Hier sieht man etwas genauer die Bohrlehre für Schlüssel und Prüfprofile ...

... und jene für Schieber:

Zuletzt sind hier noch die Sägelehren, mit denen man Schlüssel und Prüfprofile halbwegs schnell mit der Bandsäge (oder einer eingespannten Stichsäge) schlitzen kann:

Beim Herumbauen habe ich einige Erkenntnisse über die Verarbeitung von Acrylglas gewonnen – unter anderem, dass es ziemlich splittern kann und deshalb eine Schutzbrille beim Sägen unbedingt nötig ist! Viele weitere Punkte schreibe ich nicht auf, weil das hier kein Handwerksforum werden soll. Wenn jemand interessiert ist, so etwas oder etwas ähnliches zu bauen, freue ich mich über EMails oder auch Austausch im Modellbahn-Anlagen-Design-Forum (oder sonstwo).

Als Abschluss meiner praktischen Arbeiten kommt hier ein Video, das den ganzen Vorgang vom Sperren der Weiche bis zur Freigabe des Signalschlüssels und zurück zeigt (ein Signalschloss habe ich nicht konstruiert, daher „verschwindet“ der Signalschlüssel „irgendwohin“, um das Signal freizustellen):

Im nächsten und übernächsten Posting werde ich mich wieder vom konkreten Bau zurückziehen und mich der Projektierung von Zentralschlössern widmen, also der Frage „Wie komme ich vom Gleisplan zum passenden Zentralschloss?“.