Die Kehrschleife

Während ich die Gleise im Schattenbahnhof verlegte, stellte ich fest, dass am Rand noch Platz für ein oder zwei Weichen wäre. Auch am Weichen-Decoder waren noch zwei Anschlüsse frei und so könnte ich ohne große Kosten zwei zusätzliche Stumpf-Gleise schaffen. Nach genauem Ausmessen kam ich zum Schluss dass sogar eine Kehrschleife in diese Ecke hinein passen würde, was mir beim späteren Betrieb der Anlage von Nutzen sein könnte. Da ein nachträglicher Einbau nicht möglich ist wurde diese Option nun weiter ausgearbeitet.

Eigentlich hatte ich anfangs bewusst auf eine Kehrschleife verzichtet, da eine solche, bei Zweileiter-Systemen ohne zusätzliche elektronische Steuerung, sofort zum Kurzschluss führt. Um die Anlage so betriebssicher wie möglich zu gestalten, wollte ich auf eine derartige Gleisführung verzichten.

Wie so oft waren meine Bedenken vor allem durch Halbwissen bedingt. Mir war schon bewusst, dass obwohl von einer digitaler Gleichstromanlage gesprochen wird, diese permanent unter einer Art (nicht Sinusförmiger) Wechselspannung steht (da ansonsten keine Übertragung des digitalen Signals möglich wäre). Allein darüber wie diese Spannung korrekt zu bezeichnen ist gibt es von richtigen und selbsternannten Spezialisten unzählige Foreneinträge, und man möge mir, als gelernter Maschinenschlosser, die obige Bezeichnung bitte so durchgehen lassen 😉

Beim analogen Zweileiter-Gleichstrom wird durch Umpolung der Schienenspannung die Fahrrichtung der Loks geändert.

Was ich jedoch nicht bedachte ist, dass bei digitalen Anlagen nach Umpolen der Schienenspannung, der Lok-Decoder noch immer den selben digitalen Befehl betreffend die Fahrrichtung erhält. Dieser Umstand ermöglicht es, dass auf einer digital gesteuerten Zweileiter-Anlage eine Lok eine Kehrschleife ohne Änderung der Fahrrichtung durchfahren kann. Unter der fahrenden Lok kann die Polarität im Gleis geändert werden, ohne dass sich am Fahrverhalten der Lok etwas ändert.

Um nun einen Kurzschluss beim Überfahren der Trennstellen zu vermeiden muss allerdings garantiert sein, dass vor der Einfahrt in die Kehrschleife, in dieser schon die gleiche Polarität wie im vorherigen Gleisabschnitt herrscht. Vor Ausfahrt aus der Kehrschleife muss erneut geprüft werden welche Polarität im nächsten Abschnitt herrscht und gegebenenfalls wird die Spannung in der Kehrschleife unter der fahrenden Lok umgepolt.

Um dieses zu erreichen gibt es bei den Herstellern der Digitalelektronik zwei verschiedene Ansätze.

• Kurzschlusserkennung: hierbei wird, sobald die Elektronik einen Kurzschluss beim Einfahren in die Kehrschleife erkennt, die Polarität in der Kehrschleife geändert. Dies erfolgt so schnell, dass es nicht wirklich zu einem Kurzschluss kommt. Das gleiche wiederholt sich beim Ausfahren aus der Kehrschleife.
  Vorteil: eine sehr einfache Verdrahtung, die Kehrschleife muss nur zweimal beidseitig gegen den Rest der Anlage isoliert werden, was bei einer Kehrschleife sowieso immer der Fall sein muss.
  Nachteil: bei jedem Kurzschluss im betreffenden Booster-Bereich, schaltet die Elektronik die Polarität der Kehrschleife um. So können keine zwei Kehrschleifen im gleichen Stromkreis betrieben werden. Außerdem kann der erhöhte kurzzeitige Stromfluss Verschleiß an den Schienen und den Rädern der Loks verursachen.
• Kurzschlussfreie-Erkennung: Hier erhält die Elektronik den Befehl zum Umpolen über Sensorgleise oder über Gleiskontakte.
  Vorteil: Kein Verschleiß durch Kurzschlüsse
  Nachteil: Aufwendige Verdrahtung, bei Sensorgleisen – jeweils ein kurzes (etwa 3 bis 5,5cm langes) Gleis am Anfang und am Ende der Kehrschleife welches stromlos ist und an allen vier Schienenenden isoliert sein muss. Dies kann für Loks mit schlechter Stromaufnahme zum Problem werden.

Es gibt eine ganze Reihe an Herstellern von Kehrschleifen-Modulen. Da ich versuche so-wenig wie möglich Digitalprodukte verschiedener Herstellern zu mischen, kamen für mich als Marken nur Roco sowie ESU infrage. Bei ESU wurde ich nicht fündig – Roco bietet das Modul „Z21 multi LOOP“ an, welches beide oben-genannte Modi beherrscht, und welches ich daraufhin erworben habe.

Das Modul „Z21 multi LOOP“ bietet außerdem die Möglichkeit die Kurzschluss-Erkennung mit der kurzschlussfreien Erkennung zu kombinieren. Sollte die kurzschlussfreie Erkennung, aus welchem Grund auch immer, einmal nicht funktionieren, so wird durch den folgenden Kurzschluss dann trotzdem die richtige Polarität in der Kehrschleife geschaltet, und der Zug kann ohne Stopp weiterfahren.

Um in der Kehrschleife einen Zug abstellen zu können muss die Kehrschleife mindestens einen Block mit Belegtmeldern aufweisen. Da die Polarität in diesem Block wechselt, muss ein separater Belegtmelder für die Kehrschleife vorgesehen werden. So beschloss ich einen weiteren „Z21 DETECTOR (RailCom®)“ zu verbauen. Dieser bietet den Vorteil dass die Zugnummer sowie die Fahrtrichtung der geparkten Loks übertragen werden können. Da die Kehrschleife etwa 3,8 Meter lang ist, und ich den betreffenden Detector so oder so nicht voll ausnutzen kann, beschloss ich die Kehrschleife in zwei Blöcke mit jeweils drei Meldern aufzuteilen. So werden wenigstens sechs der acht verfügbaren Anschlüsse benutzt, und es können zwei Züge hintereinander abgestellt werden. Da Ein und Ausfahrt nur über eine gemeinsame Weiche erfolgen ist sichergestellt dass niemals zwei Züge die Polarität gleichzeitig verändern können.

Während dem Verlegen der Gleise in der Kehrschleife (inklusive 5cm langen Sensorgleisen) dachte ich mir dass es doch auch einfacher gehen müsste.
Beim Umlegen meiner Weichen wird die Polarität des Herzstückes ja schließlich auch umgeschaltet. Würde es mir gelingen beim Umstellen der Weiche auch die Polarität der beiden Gleise in der Kehrschleife entsprechend der Weichenstellung zu wechseln, so könnte es nie zum Kurzschluss bei Ein- oder Ausfahrt aus der Kehrschleife kommen. (Vereinfacht ausgedrückt: eine auf beide Schienen der Kehrschleife ausgedehnte „Herzstück-Polarisierung“)

Aufgrund dieser Überlegung, war mein nächster Gedanke einfach den zweiten Kontakt der „Esu SwitchPilot Extension“ zu benutzen um hiermit den zweiten Pol auch entsprechend der Weichenstellung umzuschalten und hiermit die gesamte Kehrschleife zu versorgen.
Dann wurde mir jedoch klar dass der Stromverbrauch des Z21 Detector“ der Kehrschleife wohl auch den gesamten davor liegenden Weichen-Bereich als belegt melden würde, ein Umstand welcher nicht erwünscht ist.

Meine nächste Überlegung war einen zweiten „SwitchPiot“ mit „Extension“ unter der gleichen digitalen Adresse zu betreiben, somit würde das Problem der falschen Belegt-Meldung des Weichen-Bereiches behoben. Da die Kontakte des „Esu SwitchPilot Extension“ jedoch nur mit 1,5 A Dauerstrom belastbar sind, in der Kehrschleife jedoch 2 Züge gleichzeitig fahren könnten, bewegt man hier jedoch schnell am Limit. Auch preislich gesehen wäre diese Variante nicht besonders interessant gewesen.

So kam ich nun zur dritten Überlegung welche ich dann auch umgesetzt habe, da diese recht einfach und günstig umzusetzen sein sollte.
Über den freien zweiten Kontakt der bestehenden „Esu SwitchPilot Extension“ wird nun ein „elektronisches Relais (Viessmann 5552 – Elektronisches Relais 2 x 2UM)“ geschaltet. Mit diesem wird die Polarität der Kehrschleife gewechselt. Jeder Kontakt dieses Relais ist für 2A Dauerstrom ausgelegt. Eigentlich bräuchte ich so nur eine Hälfte des Relais. Um jedoch die Kontakte weiter zu entlasten und um das Relais voll auszunutzen habe ich die beiden Spulen des Relais simultan geschaltet.

Als Spannungsversorgung für die Schaltung des Relais, sollte eigentlich der Booster, welcher meine Signal- und Weichensteuerung versorgt, dienen. Da als Betriebsspannungfür das Relais 10 – 16 V Wechselstrom oder 14 – 24 V Gleichstrom angegeben sind, dachte ich dass das eigentlich funktionieren sollte.

Beim einschalten der Anlage musste ich jedoch feststellen, dass das Relais ein starkes Brummen von sich gab. Da ich die genaue Funktionsweise des Relais nicht kenne, versuchte ich das Problem durch ändern der Polarität zu lösen. Als dieses Vorgehen auch ohne Resultat blieb, habe ich das Relais an einen 16 Volt ~ Viessmann Lichttransformator angeschlossen, und siehe da, alles funktionierte nach Wunsch. Das Relais scheint also nicht mit meiner 16 Volt Digitalspannung kompatibel zu sein.

Meinen jetzigen Schaltplan kann man dem folgendem PDF-Dokument entnehmen, welches ich mir als Gedächtnisstütze für spätere Fehlersuchen erstellt habe.

Fazit: Nach viel „Trial and Error“ habe ich mit einem Relais im Wert von knapp 30 Euro alles zustande gebracht was ich eigentlich erreichen wollte.

• es braucht keine Kurzschlusserkennung
• es braucht keine stromlosen Abschnitte auf der Anlage
• die Polarität im Gleis wechselt gleichzeitig mit der Weichenstellung, so dass eine falsche Polung der Gleise ausgeschlossen ist
• die Schaltung hat keinen Einfluss auf die Belegt-Meldung des Weichen-Bereiches
• innerhalb der Kehrschleife werden mir, mittels zusätzlichem „Z21 Detector“, die Belegung von sechs Gleisabschnitten rückgemeldet, gleichgültig welche Polarität gerade anliegt und in welche Richtung ich fahre

Als ich zu Beginn meiner Kehrschleifenplanung nach einer entsprechenden Steuerungen suchte, fand ich nur Digitalelektronik welche mittels Kurzschlusserkennung oder Sensorgleisen funktioniert. Auch in den meisten Foren werden fast immer nur diese beiden Möglichkeiten diskutiert. Sucht man jedoch gezielt nach „Kehrschleifensteuerung mittels Relais“, so erkennt man dass vor mir auch schon andere zu ähnliche Erkenntnissen gekommen sind.