Workshop – Teil 2: Und es wird (vielleicht) doch digitalisiert

Teil 2 – Low Budget DCC System mit LocoNet

Mit den DCC++ und OpenDCC Projekten gibt es Eigenbaualternativen zu den großen Systemen. Mit LNetDCCpp gibt es ein Derivat mit LocoNet auf welches ich mich hier größtenteils beziehe. Bei allen neueren Projekten werden moderne, erweiterbare MicroControler Boards verwendet um eine mehr oder weniger aufwändige DCC Zentrale zu schaffen. Dabei wird ein Arduino Uno oder Arduino Mega256 im Gespann mit einem Arduino Motorshield verwendet um ein NMRA konformes DCC Signal auf der Anlage bereit zu stellen. Für die Steuerung benötigt man entweder einen PC auf dem z.B. JMRI läuft oder einen halbwegs aktuellen Raspberry Pi, der dies übernehmen kann, sowie ein Smartphone oder Tablet als Handsteuerung für Züge und Weichen.

Auf dieser Seite werde ich beschreiben wie das Eigenbausystem in meiner Vorstellung werden soll, wobei ich parallel auf weitere Entwicklugen bei der Layout-Planung eingehen werde.

Lastenheft (Givens & Druthers)

Wenn ich schon mit der Digitalisierung beginne, dann möchte ich auch einige Vorzüge genießen, die ich bisher weit von mir geschoben habe. Die folgende Liste bildet einen ersten Aufschlag und wird im Laufe der Zeit verbessert bzw. angepasst.

  • NMRA DCC Standard
  • LocoNet
  • PC-Steuerung via JMRI
  • WiFi basierte Steuerung via Smartphone-App
  • Günstige Selbstbaukomponenten
  • Lange Dekoderadressen
  • Advanced Consisting
  • Servobetriebene Weichenantriebe auf der Mainline
  • Routenschaltung bzw. Fahrstraßenschaltung über Handgerät (z.B. durch Gruppierung von Weichen) mit Rückmeldung.
  • Block Belegtmeldung.
  • Automatische Signalisierung

NMRA DCC

Ich modelliere nach nordamerikanischem Vorbild und verwende Gleis- und Rollmaterial von entsprechenden Herstellern. Es macht daher Sinn deren Standards zu akzeptieren um bestmögliche Kompatibilität zwischen den Komponenten zu erreichen.

LocoNet

Das LocoNet bildet einen einheitlichen Kommunikationsstandard zwischen allen Digitalkomponenten der Anlage. Die Zentrale kommuniziert darüber mit den Loks, Weichen, Boostern, Accessoiredekodern, Signalen. Der PC kommuniziert darüber mit der Zentrale. Die Handsteuerungen kommunizieren ebenfalls darüber und Module können darüber mit der festen Anlage verbunden werden.

Meine HO-Komponenten habe ich vor Jahren mit einem Uhlenbrock DAISY-System und JMRI über LocoBuffer auf einem Laptop über LocoNet betrieben und bin von dessen Vorteilen und Flexibilität überzeugt.

JMRI

Das Java Modell Railroad Interface ist eine umfangreiches OpenSource Paket welches all die genannten Aspekte unterstützt. Ich habe es wie erwähnt schon vor Jahren mit meinen HO Komponenten genutzt und finde es sehr gut geeignet für meine Zwecke.

Smartphone-Steuerung

Freunde können ihr Smartphone als Handsteuerung nutzen. Ich kann für den Kernbetrieb meine beiden Handregler nutzen und bei Bedarf weitere Regler in dieser Form ergänzen.

Selbstbaukomponenten

Wie bei vielen Hobbys stellt sich die Frage wie weit man das Basteln “herunterbricht”. Für einige ist der Betrieb einer fertigen Anlage oder das Sammeln des Rollmaterials alles was es braucht. Aber für mich ist der Anlagenbau und die Steuerungstechnik ein Teil des Hobbys. Vom Verkabelb einer Weiche oder eines Signals ist es nicht weit zum Dekodereinbau oder dem Verlöten von LEDs und Widerständen. Das Aufstecken von Platinen und Bausteinen kenne vom PC. Das aufspielen von Firmware ist Alltag bei Einsteiger-3D-Druckern, Routern und Netzwerkspeichern. Ein paar Konfigurationsvariablen einzustellen ist auch eine Begleiterscheinung beim Betrieb von Webseiten. Alles Dinge, die kein Hexenwerk darstellen.

Die Entscheidung sich darauf einzulassen liegt bei jedem einzelnen. Ich zähle mich zu den Bastlern.

Lange Dekoderadressen

Meine Loks haben bis zu vierstellige Betriebsbummern. Ich mag es diese vollständig als Dekoderadresse zu nutzen.

Advanced Consisting

Der verbesserte Lokverbund ermöglicht das zuordnen von Loks untereinander. Das Fahren in Mehrfachtraktion ist in Nordamerika bekanntlich Gang um gebe und soll auch im Modell so einfach und flexibel wie möglich umsetzbar sein.

Servo-Weichenantriebe

Ich baue auch Weichen selbst. Deren Antriebe benötigen etwas kraft. Ein Service bietet diese, hat eine Endabschaltung und ermöglicht das langsam Verfahren der Weichenzungen. Durch die Vielzahl unterschiedlich kräftiger Serbisch kann ich auch die eher kurzen und wenig flexiblen Zungen von Dreiwegeweichen ansteuern indem einfach ein stärkeres Servopaar genutzt wird.

Routenschaltung

Fahrstraßen schalten mehrere Weichen dergestalt, dass sich eine durchgängig befahrbare Route auf der Anlage ergibt. Auf diese Weise kann man ein Gleis des Schattenbahnhofs wählen und die Weichen dorthin stellen sich selbstständig. Feine Sache.

Block Belegtmeldung & Signalisierung

Für eine Teilautomatisierung der Anlage ist es notwendig, dass die Automatik erkennt welche Streckenabschnitte auf der Anlage frei sind. Nur so können Signale automatisiert geschaltet werden und Züge selbstständig fahren. Außerdem kann die Automatik auf den parallelen manuellen Betrieb reagieren.

Es gibt mehrere Methoden für die Gleis-Besetzt-Meldung (GBM). Es sind optische und elektrische GBM möglich. Für die elektrische Erkennung, ob ein Gleis besetzt ist, muss ein geschlossener Stromkreis zum zu erkennenden Rollmaterial bestehen, oder besser gesagt, das Rollmaterial muss Strom verbrauchen. Bei Loks ist dies automatisch der Fall. Bei Wagons jedoch nicht. Für alle die Modelbahnthemen vor den Zeitraum 1982-1988 in Nordamerika modellieren ist dies auch kein Problem. Eine beleuchtete Caboose am Ende jedes Zuges ermöglicht die Besetztmeldung des Zugendes. Probleme sind zu erwarten wenn ein Zug sich über mehr als zwei Blöcke erstreckt (also länger ist als ein Block). In diesem Fall fährt die Lok vom aktuellen Block 2 in den nächsten Block 3, während sich das Zugende noch im vorherigen Block 1 befindet. Es wird dann Block 2 als frei gekennzeichnet, was bei Automatikbetrieb Probleme aufwerfen könnte, sofern sich dort eine Streckenverzweigung befindet.

Beispiel: In Block 2 mündet eine Nebenbahnstrecke auf die Hauptstrecke und dort wartet ein Lokalzug darauf auf die Hauptstrecke zu fahren. Solange die Lok eines Durchgangszuges auf der Hauptstrecke oder dessen Zugende sich in Block 2 befinden, ist dieser belegt und die Automatik lässt den Lokalzug warten. Verlässt aber die Lok Block 2 und das Zugende ist noch nicht in Block 2 eingefahren, so ist Block 2 nicht mehr belegt und die Automatik gibt dem Lokalzug freie Fahrt. Entgleisungen (durch Umstellen der Weiche unter dem rollenden Durchgangszug oder ein Crash (durch Einfahren des Lokalzuges in die Hauptstrecke) wären möglich.

Dies muss bei der Programmierung der Automatik recht aufwändig adressiert werden (Warteschleife mit zweiter Prüfung, Signalauswertung, Definition eines Sicherheitsblocks für ausreichenden Zugabstand,etc.).

Eine Blockbasierte Besetztmeldung reagiert, sobald etwas im Block den Sensor auslöst. Ein zusammenhängender Zug hält diesen Meldezustand aufrecht, solange sich einer der Wagons über dem Sensor befindet. Dennoch stellt ein solcher Sensor nur eine Punktuelle detektion dar. Noch sicherer wäre eine Ein- und Ausfahrt-Detektion, an jeder Streckeneinmündung, sowie am Ein- und Ausfahrpunkt des Hauptgleises, mit einer Prüfung ob ein zweiter Sensor und ein benachbarter Block ausgelöst werden wäre das Sahnehäubchen. Mir persönlich zu komplex für den Anfang.

Alle anderen benötigen wenigstens eine Achse an mehreren Wagons an der Strom – z.B. über einen Widerstand – verbraucht wird. Ein FRED/EOT-Device ist im Modellbahnbetrieb nicht praktikabel, außer man hängt anstelle einer Caboose einen zusätzlichen Güterwagen mit solch einem (permanent installierten) Gerät ans Zugende, was nicht besonders realistisch ist. Da ein FRED/EOT-Device zudem auf die Klauenkupplung gesteckt wird und entweder mit Batterie über einen Schalter oder mittels Funktionsdekoder über den Gleisstrom betrieben wird, bedeutet die feste Installation auch, dass der Wagon eine vorgegebene Fahrtrichtung besitzt.

Eine Alternative bietet die unauffällige aber unrealistische LED-Montage neben oder unter der Kupplung auf beiden Seiten des Wagons mit einem 2-Funktionen Accessoiredekoder für das Wahlweise ein- und ausschalten der LED am jeweiligen Wagonende. Dank ATTiny lässt sich so eine Lösung für etwa 3-4 Euro je Wagon umsetzen, wobei aber Metallachsen vorhanden sein müssen um darüber den Gleisstrom abgreifen zu können.

Solche Achsen (min eine pro Wagon) kosten etwa 6-10 Euro pro Drehgestellpaar. Etwa für das Gleiche Geld bekommt man Resistor-Wheelsets, also Achsen mit einem Widerstand über den ein Verbraucher simuliert wird (naja, “simuliert” ist technisch nicht korrekt, da der Widerstand einfach nur den Strom ungenutzt “verheizt”). Pro Wagon wird eine Achse benötigt, bei der sichergestellt sein muss, dass diese stets mit beiden Rädern Kontakt hat.

Günstiger geht es optisch zum Beispiel mit einem Fotowiderstand unternoder neben dem Gleis, der klassichen Lichtschranke. Alternativ funktioniert ein MicroController gesteuerter IR Sensor, der die Reflektion eines ausgesendeten IR-Lichts registriert, da diese nicht in die Wagons sondern ins Gleis eingebaut werden.

Eine dritte Methode sind Reedkontakte im Gleis und kleine Neodym Magnete im Rollmaterial. Aber auch hier muss der gesamte Wagenbestand nachgebessert werden.

Ich verfolge daher die optische Gleisbesetztmeldung mittels IR Sensor und Arduino Sensor Shield. Einige weitere Applikationen zeigt der Blog RudysModelRailway auf.