Modelleisenbahn Module Überlegungen zu einem privaten Modulsystem Module für die Modelleisenbahn gibt es schon lange, es gibt Normen, nach denen die einzelnen Module zu gestalten sind. Wozu also erneute Überlegungen zu Modulen? Zielstellung der Modulanhänger der „FREMO“-Norm ist, große Anlagen und einen gemeinsamen Betrieb zu gestalten. Das Fahren ist dann sehr großzügig.

Was ist ein Modul?

Eine exakte Definition habe ich nicht gefunden, aber man kann auch über die Zielstellung bzw. die zu erbringende Leistung etwas beschreiben. Sehr gut ist das unter anderen bei:

www.edalon.net/modellbahn/modellbahnmodul.htm gelungen:

„Der Aufbau von Modelleisenbahnen in Modulbauweise ist eine Darstellungsform bei der statt einer geschlossenen Modellbahnanlage frei kombinierbare Module mit genormter Schnittstelle gebaut werden. Die einzelnen Module können in frei wählbarer Folge aneinandergefügt werden. Die Modellbahnmodule umfassen die eigentlichen Gleisanlagen und das unmittelbare Umfeld mit der landschaftlichen Gestaltung oder detailreichen Szenen. Der Modulbau bietet eine leichte Transportierbarkeit bei Umzügen oder bei der Präsentation auf Modellbahnausstellungen und eine große Flexibilität bei der Anlagengestaltung durch die Möglichkeit verschiedener Modulabfolgen und die Möglichkeit, Module mehrerer Modelleisenbahner zu großen Anlagen zusammenzufassen. Die Normung von Modellbahnmodulen umfasst hauptsächlich die Lage der Gleisanschlüsse an den Modulstirnflächen inklusive des zugehörigen Unterbaus. Manche Modulsysteme weisen genormte Abmaße auf und bei einigen Modulsystemen umfasst die Normierung auch auf die Darstellung der Landschaft, um ein in der Zeitepoche und der Jahreszeit stimmiges Bild zwischen den verschiedenen Modulen zu erhalten. Modellbahnmodule werden häufig von Modellbahnvereinen gebaut, da jedes Mitglied oder kleine Gruppen der Mitglieder einzelne Module für die gesamte Vereinanlage erstellen können. Der Modulbau bietet jedoch auch für einzelne Modelleisenbahner gerade bei beengten Platzverhältnissen große Vorteile. Modellbahnmodule können entlang einer Wand aufgebaut werden oder als Kreisverkehr im Raum. Einzelne Modellbahnmodule ziehen als kleine Dioramen in Regalen interessierte Blicke auf sich. Die flexible Kombinierbarkeit lässt einen variablen Umfang der aufgebauten Modelleisenbahn zu.“

Einmal ganz enorm abstrahiert, ist eigentlich eine Schiene prinzipiell ein Modul. Sie hat einen genormten Übergang, dieser ist immer senkrecht zur Schnittkante und sie lassen sich in beliebiger Folge zusammenbauen. Allerdings ist das „Modul“ nur auf die Schiene reduziert. In der Beschreibung oben steht aber auch:

Die Modellbahnmodule umfassen die eigentlichen Gleisanlagen und das unmittelbare Umfeld mit der landschaftlichen Gestaltung oder detailreichen Szenen.

Das bedeutet nun aber, dass ein Stück Schiene mit Landschaft erst als Modul bezeichnet werden kann. Wir brauchen also „Platten“ auf denen die Schienen aufgebaut sind und noch etwas Platz für etwas „Landschaft“ ist. Meine Überlegungen zielen auf die Platten mit den Schienen ab. Als Basisform will ich quadratische Platten verwenden, die können dann in vier Lagen eingebaut werden und sie können in vier Richtungen aneinander gelegt werden. Etwa wie beim Spiel Domino, welches die Weiterführung in verschiedenen Richtungen zulässt. Also schräg endende Module soll es nicht geben.

Das Modul soll aber geteilt werden können, in Halb- und Viertelmodul. Entsprechend der genannten Varianten entstehen folgende Gestaltungsmöglichkeiten:

Die linke Variante zeigt eine komplette Anlage, die Landschaft könnte wie bei einer festen Anlage gestaltet werden, aber dann muss sie immer wieder so Aufgebaut werden, das widerspricht dem Modulgedanken, man würde dann die Teile als Segmente bezeichnen. Wollen wir die Module beliebig einbauen, muss jedes Modul für sich eine abgeschlossene Landschaft haben. Dann kann man auch Halb- und Viertelmodule einsetzen. Sicher ist das Einsetzen der Module nicht völlig beliebig, es hängt von der Anordnung der Schienen auf dem Modul ab, dieses Problem behandeln wir gleich. Zuvor noch eine andere zusammengebaute Anlage:

Man sieht sofort, hier bleiben Zwischenräume, die mit den genannten Modulen nicht geschlossen werden können, wir brauchen weitere Teilstücke, dann wird es besser:

Das hängt sicher auch maßgeblich von der Anordnung der Schienen ab, also überlegen wir uns einmal eine Anordnung:

Die oberen beiden Varianten sind sicher unbrauchbar, denn die Schienen liegen direkt auf der Trennung für Halb- und Viertelmodule. Besser ist da die untere Variante die Schiene müsste auf der Hälfte vom Viertelmodul liegen. Damit sind dann auch Bögen möglich, die Größe der Module hängt vom zu verwendenden Bogen der Gleise ab? Das wollen wir später ermitteln. Damit können wir weitere Anordnungen gestatten:

Die Schiene kann durchaus auf einem Basismodul (wir wollen es als Grundmodul bezeichnen) liegen, aber eben genau auf der Hälfte vom Viertelmodul. Es können natürlich

auch mehrere Gleise auf einem Modul liegen, aber immer im entsprechenden Rastermaß. Das ist keine zweigleisige Anordnung, dazu sind die Gleise zu weit auseinander. Nun wollen wir uns einige Beispiele ansehen:

Wie links gezeigt wird, ist ein Kreis möglich. Da die Module alle untereinander tauschbar sind, kann logischer Weise keine übergreifende Landschaft gestaltet werden. Rechts eine erweiterte Darstellung, die Bögen erhalten eine Abzweigung und oben in der Mitte wird ein Halbmodul eingesetzt, was nicht sein muss. Es könnte auch ein Grundmodul mit einem geraden Gleis sein, vielleicht möchte man hier eine spezielle Landschaft gestalten, z.B. eine kleine Burg oder ein Dorf …

Die obige rechte Anordnung wurde erweitert. In der unteren Reihe als zweites von links wurden nebeneinander ein Halb- und Viertelmodul eingesetzt, hier wird es besonders drastisch bei der Landschaftsgestaltung mit dem Einsatz von Sondermodulen. Nehmen wir einmal an, dass das Viertelmodul eine Straßenbrücke realisiert. Da sicher das Halbmodul kein Tal mit weiterer Brücke enthält, stößt nun die Straße vom Viertelmodul auf die Seitenwand vom Halbmodul – das ist sicher sehr unschön, solche Sondermodule können rein optisch nicht mehr überall eingesetzt werden, vom System natürlich ja. Im Folgenden wurde nun ein Beispiel von oben ebenfalls mit Schienen ergänzt. Hier sieht man dann sofort, dass wenn man das Schema komplett füllen möchte, verkürzte Sondermodule notwendig sind, es geht aber auch ohne – anders beim darauffolgenden Beispiel:

Hier wird der teils notwendige Einsatz von Sondermodulen dargestellt. Das Problem entsteht durch den entgegengesetzten Einbau von Bögen, z.B. M2 – M3. Damit die Gleise aneinander passen, muss das Modul M3 um genau ein Viertelmodul versetzt werden. Das ist alles machbar, will man jedoch danach wieder an den alten Kreis, muss dieser Versatz kompensiert werden. Das geht mit einer Abzweigung oder einem Sondermodul SM1.

SM2 ist ebenfalls ein notwendiges Sondermodul. Das muss nicht unbedingt sein, denn man könnte zwischen M2 und M3 auch ein SM1 setzen, dann passt unten ein Viertelmodul. Und noch etwas Neues wurde hier dargestellt, Bahnhofsmodule. Es ist klar, dass bei dem strengen Rastermass ein Bahnhof schlecht zu bauen ist. Als Alternative baut man ein Modul, dass n-mal so lang ist wie ein Basismodul, das kann dann ohne Probleme eingebaut werden, wenn die Anschlüsse an den Stirnseiten mit dem Schema übereinstimmen.

Das, was Modulanlagenbauer machen, also mit Gleichgesinnten sich treffen und in großen Sälen riesige Anlagen aufzubauen, geht natürlich auch mit diesen Modulen. Folgend mal ein Bild von so einer Veranstaltung:

So etwas zu planen und dann auch zu fahren, ist schon gigantisch! Größe eines Moduls Nun wurden schon einen Menge Möglichkeiten zur Gestaltung von kleinen Anlagen vorgestellt, wie groß sie denn genau werden, hängt von der Größe des Basis-Moduls ab. Die Bilder zeigen, dass auf so ein Modul ein Viertelbogen allein und mit gerader Abzweigung passen soll. Der einfache Bogen ist nicht das Problem, die Abzweigung macht es schwierig, denn nun muss man mit den Möglichkeiten der zu verwendenden Gleissysteme planen, Weichen haben recht unterschiedliche Geometrie. Verwendet werden soll das

PIKO A-Gleis Damit stehen folgende Radien zur Verfügung: 360mm, 422mm, 484mm und 546mm mit jeweils einem Bogen von 30° und 908mm mit einem Bogen von 15°. Ein Problem besteht nun aber in den Bögen der Weichen. Beim Piko A-Gleis gibt es nur Weichen mit einem Radius von 908mm und einem Bogen von 15°. Man muss nun also eine Modulgröße finden, die beiden Forderungen gerecht wird. Folgende Lösung ist möglich:

Realisierung des Grundmoduls mit Abzweigung Probleme gibt es mit dem Bogen R2 und 15°. Diesen muss man selbst aus einem 30° Bogen erzeugen, da dieses Maß nicht im Programm vorhanden ist. Gleiches gilt auch für das restliche Geradenstück G (das ist sicher kein Problem, man muss ohnehin immer irgendwo eine Schiene auftrennen). Eine genaue einfache Lösung ergibt sich (von der Weiche aus gesehen) mit einem Bogen R1, einem Bogen R2 und einem Bogen R9. Bei dieser Lösung erreicht man genau die vorgeschriebene Position am Ende des Moduls und es muss auch kein Gleis zerschnitten werden.

Allerdings muss nun ein sehr kleiner Bogen verwendet werden, was durchaus bei einigen Fahrzeugen Laufprobleme verursachen kann (muss man probieren). Eine weitere Lösung ist natürlich mit dem Flexgleis G940 möglich. Ohne durchgehende Gerade ist dieser Bogen mit 3 Gleisen vom Bogen R4 =546mm möglich:

Realisierung Grundmodul Mit der Festlegung weiß man nun sofort, dass das Gleis zur Ecke unten rechts einen Abstand von 546mm hat. Wie weit muss aber nun das Gleis zum linken Rand entfernt sein, damit dann später auch Viertelmodule aufgebaut werden können? Bei der Festlegung der Geometrie des Grundmoduls auf den Bogen R4 (546mm Radius und 30°; Bogen) wird bereits die Erweiterung mit einem Abzweig berücksichtigt. Alle kleineren Bogen lassen auf Grund der Weiche mit einem Bogen-Radius von 908mm keine Lösung entsprechend dem gewählten Konzept zu. Mit dem Radius von 546mm und einem festgelegten Abstand zum Rand ergibt sich die Seitenlänge des Grundmoduls.

Abstand zum Rand: 78mm Modul-Seitenlänge: 546mm + 78mm = 624mm

Ganz allgemein gilt:

( GleisBogen + x ) / 4 = 2 * x mit GleisBogen: der Radius des zu verwendenden Gleises; x: Abstand zum Rand

Damit das Gleis auf dem kleinsten Modul, dem Viertel-Modul, in der Mitte zu liegen kommt, muss die Breite des Moduls das Doppelte vom Abstand betragen,

also 2 * x. Andererseits gilt aber auch, dass die Seitenlänge eines Viertelmoduls ¼ des Grundmoduls beträgt, also Radius Bogen plus Abstand geteilt durch 4. Die obere Formel beschreibt den Sachverhalt. Löst man diese Gleichung nach x auf, erhält man für jede Gleisbogen-Größe den Abstand zum Rand.

x = Bogen / 7 Für den verwendeten Bogen von 546mm gilt also:

x = 546mm / 7 = 78mm Dieser Wert wurde oben bereits verwendet. Aus dieser Anordnung wird für alle weiteren Module die Geometrie abgeleitet. Viertelmodul Ein Viertelmodul hat dann ein Seitenmaß von 624mm / 4 = 156mm Subtrahiert man hiervon den Rand von 78mm bleiben genau 78mm übrig, das Gleis befindet sich also in der Mitte von diesem Modul. 15,6cm sind zwar recht schmal, lassen auch kaum viel Gestaltung übrig, sollen aber nur als Übergang zum nächsten Modul dienen. Wenn es nicht reicht, kann man auch einen Halbmodul oder Grundmodul verwenden. Halbmodul Ein Viertelmodul hat dann ein Seitenmaß von 624mm / 2 = 312mm Das Gleis hat vom Rand einen Abstand von 78mm, zu einen eventuell weiteren 156mm und dann zum Rand wieder 78mm, macht zusammen 78 + 156 + 78 = 312mm Baut man also zwei Gleise auf ein Halbmodul, kann es in beliebiger Lage eingebaut werden!

Sollen in dieser Anordnung zwei oder mehrere Gleise auf diesen Modul übergehen, so muss der Abstand der Gleise untereinander 156mm betragen. So wird garantiert, dass weitere Module angeschlossen werden können, z.B. könnte auch von einem Halbmodul ein zweites Gleis abgehen:

Halbmodul mit Verzweigung (wahrscheinlich geht das nur mit Flexgleis) Mit diesen wenigen Modulen lassen sich nun bereits sehr komplexe Anlagen bilden: Weitere Informationen findet man unter: http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_geom/mod_geom.html Verbindung der Module Bisher wurde bei der Gestaltung der Module die Gleisführung als Basis verwendet. Das Umsetzen auf verbindbare Module erfordert eine räumliche Struktur, denn Bretter lassen sich schlecht mit den schmalen Seiten verbinden, was es aber auch gibt (siehe BRIO-Bahn oder Modellbahn Andrej Fraissl: Modulsystem Compact760:

www.af-online.info/meb/modulbau/modulsystem.htm . Um Variable Verbindungen zu gestalten, muss genau in der Mitte ein Zapfen angeordnet werden, wie bei BRIO, jedoch werden die Stücke von oben oder unten benutzt:

Das geht bei unseren Modulen nicht. Hier funktioniert es genau wie bei Schienen, im symmetrischen Abstand zur Mitte muss auf einer Seite ein Zapfen und auf der anderen Seite das Gegenstück sein, das ist die Voraussetzung dafür, dass die Module beliebig gedreht und eingebaut werden können! Folgende räumliche Struktur wird vorgesehen. Das Steuern von elektrischen Geräten, wie z.B. Weichen, Signalen, Lampen, der Fahrstrom usw. erfordert das Verlegen von elektrischen Leitungen, diese auf der Oberfläche verlegt, würden das gesamte Konzept zu Nichte machen. Zweckmäßig ist deshalb, die Gleise auf „Kästen“ zu verlegen (digital ginge das auch über die Schienen). Eine Modul-Verbindungsstelle für ein Viertelmodul könnte dann folgendes Aussehen haben:

Die Höhe des Moduls von 8cm erscheint zunächst ein wenig hoch, es wird jedoch damit garantiert, das alle Antriebe für Weichen, Signale, Schranken usw. in dem Modul Platz haben. Auch Steuerelektronik, wie z.B. Gleisbesetzmelder, Anfahr- und Bremsbausteine können bequem untergebracht werden. Außerdem bekommt die Verbindung der Module so Festigkeit. Und noch weitere Möglichkeiten bieten sich an, denn so lassen sich relativ einfach Brücken über Straßen und Gewässer realisieren, wie überhaupt Geländeflächen unterhalb des Gleisniveaus. Baut man unten in das Modul auch noch einen Boden ein, dann erhält man etwa 7cm Höhe im Modul, dieser Raum ließe sich als „Schattenbahnhof“ nutzen. Dann sind jedoch Ausschnitte an den Seiten der Module vorzusehen, um bei Betriebsproblemen eingreifen zu können. Der in der Frontplatte vorgesehene Ausschnitt muss dann natürlich entsprechend vergrößert werden. Die folgenden Bilder zeigen den Rohbau eines Viertelmoduls. Beim zweiten Bild sind im Innern des Moduls Versteifungen zu erkennen, das scheint in diesem Fall nicht notwendig zu sein, da 8mm Sperrholz zum Bau verwendet wurde, das bringt bereits ausreichende Festigkeit.

Viertelmodul (Rohbau)

Viertelmodul von unten (Rohbau)

Die zugeschnittenen Sperrholzplatten werden stumpf aufeinander geleimt. Sollte die mechanische Belastung an den Frontplatten zu groß werden, muss diese dann doch zusätzlich verschraubt werden. Allerdings muss man aber dabei darauf achten, dass keine Schrauben überstehen, sonnst könnte es Probleme beim Zusammensetzen der Module geben. Die folgend gezeigten Lösungsbeispiele (Halbmodul) zeigen im Gegensatz zum Viertelmodul, wie man es eigentlich besser machen sollte. Die Frontplatte wird nicht aufgeschraubt, sondern die Seitenteile und die Deckplatte auf die Frontplatte. Das hat den Vorteil, dass die Zugentlastung besser organisiert ist. Schon kleine Nägel von oben und von der Seite verhindern bereits wirksam das Wegziehen der Frontplatte. Leim an den Verbindungsstellen lässt das ganze zu einer sehr kompakten Angelegenheit werden.

Halbmodul (Verbindungen mit Blechverstärkung und festem Bolzen)

Halbmodul von oben - Spezialmodul (nur das unten durchgehende Gleis verlässt das Modul links, die anderen Gleise enden auf dem Modul – das Konzept wird eingehalten) Aus Berichten von Modulanwender geht hervor, dass ein Problem die Verschraubungen sind. Um dem vorzubeugen wurden von innen an die Frontplatten Bleche geschraubt. Die mechanische Verbindung erfolgt nun über die Löcher in den Blechen. Zugleich wurde jeweils die rechte Schraube, vom Modul aus gesehen, bereits fest eingeschraubt, so dass nun ein System wie bei den Schienen entsteht. Für ein Grundmodul wird die Frontplatte des Viertelmoduls 4 mal übernommen (sofern weitere Gleisverbindungen vorgesehen sind). Aber auch wenn keine weiteren

Gleisverbindungen vorgesehen sind, sollte man zumindest die Löcher für die mechanische Modulverbindung vorsehen.

Bei dem kurz besprochenen Halbmodul mit Abzweigung ist es aber unbedingt notwendig die Frontplattengestaltung zweimal (also für jede Gleisverbindung) vorzusehen. Das oben gezeigte Beispiel einer Modulanlage verwendet diese Verzweigung und fügt hier zwei Module an. Wie später noch beschrieben wird, sind die Ausschnitte für die elektrische Verbindung notwendig. Frontplatte Grundmodul, sofern nur ein Gleisanschluss erfolgt.

Frontplatte Halbmodul, sofern ebenfalls nur ein Gleisanschluss erfolgt, dagegen für eine Verzweigung auf dem Halbmodul müsste die Platte wie folgt aussehen:

Die größeren Kreisförmigen Ausschnitte sind notwendig, um die Muttern im Innern des Moduls zum Zusammenschrauben benutzen zu können, die rechteckigen zum Durchstecken des Kabels zur elektrischen Verbindung der Module. Füße zum Aufstellen der Module sind im Moment nicht angedacht, es sollen alle Module auf eine Ebene gelegt werden (z.B. Tisch oder Fußboden). Außerdem sind Füße für ein Viertelmodul nicht sinnvoll, generell sind dafür die Module zu klein.

Elektrische Steuerung der Module Folgende Module sind mechanisch und gestalterisch fertig: (Viertel-Modul: Bahnübergang)

http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_viert1/modul_viertel1.htm (Viertel-Modul: Brücke)

http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_viert_brueck/mod_brueck.htm und (Halbmodul mit Werkanschluß Kieswerk)

http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_kies/modul_halb_kies.htm Für diese Module kann nun die elektrische Steuerung bearbeitet werden. Ein neuer Aspekt ist, dass Module auch am Modul selbständig gesteuert werden sollen, z.B. der Werkanschluß auf einem Halbmodul. Weitere Darstellungen zur elektronischen Steuerung fertiger Module ist unter

http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_elek1/mod_elektrik1.html zu finden. Busssystem Folgendes Problem soll gelöst werden: Für eine modular aufzubauende Modellbahn soll die Steuerung von bestimmten Teilen zentral und unabhängig von der momentanen Anordnung der Module erfolgen, d.h. eine Lampe z.B. auf dem Modul 1 habe immer die Adresse 1 und eine Weiche immer die Adresse 2. Die Adresse soll also fest den zu schaltenden Teilen zugeordnet werden, d.b. alle Teile müssen die gleichen Signale bekommen, das Teil selbst entscheidet, ob es gemeint ist. Das Verfahren entspricht einer Bus-Struktur.

Jeder Schaltstelle auf dem Modul z.B. Signal oder Weiche ist ein Bus-Controller zugeordnet. Eine Variante besteht darin, alle Schaltstellen auf einem Modul bzw. eine bestimmte Menge, mittels einer Einrichtung gemeinsam zu bearbeiten, d.h. der Bus-Controller reagiert auf mehrere Adressen und ordnet bei Identifikation der Schaltstelle das Signal zu.

Die Schaltstellen i bis i+2 werden durch den Bus-Controller überwacht. Man könnte nun meinen, dass wenn mehrere Schaltstellen zur gleichen Zeit angesteuert werden sollen, der Bus-Controller Probleme bekommt. Das wäre in der Tat so, aber die Eigenart eines Bussystems ist, dass immer nur ein Signal für einen Empfänger auf dem Bus sein darf! Es geht alles schön nacheinander, was eigentlich mehr eine Forderung an den Master ist. Was ist nun ein Master? In unserem Fall ist das das Bedienpult der Anlage. Der Bediener ist also gefordert nur eine Taste für eine Schaltstelle zur Zeit zu betätigen – das ist eigentlich ohnehin der Fall ist und keine großen Schwierigkeiten bereitet. Später bzw. in einem anderen Teil wird diese Problematik noch einmal aus anderer Sicht betrachtet. Nun sollen als nächstes Bus-Systeme für unseren Zweck analysiert werden. Ausgangspunkt soll sein, dass maximal 256 Schaltstellen gesamt auf den Modulen bedient werden sollen. Verlegt man zu jeder Schaltstelle Drähte, so müssen durch alle Module diese Anzahl von Drähten gezogen werden – das ist sicher in der Realisierung unvertretbar. An dieser Stelle hilft eine Digitalisierung weiter. Auf einem Draht kann man eine 1 oder eine 0 transportieren, Zwischenwerte sind unzulässig. Auf zwei Drähten gibt es also 4 Kombinationsmöglichkeiten: Möglichkeit Draht 1 Draht2 1 0 0 2 1 0 3 0 1 4 1 1 Man kann das leicht mit den 2-er Potenzen errechnen, denn 21 = 2 und für unser Beispiel gilt 22 = 4. Für 28, also mit 8 Drähten, gibt es 28 = 256 Möglichkeiten, das würde also für unser gestelltes Ziel reichen. Lässt man nun mal die Bezeichnung „Draht“ weg und abstrahiert man das auf die Stelle oder Leitung die eine 1 oder 0 speichern bzw. transportieren kann, so sind wir bei der Definition „Bit“. Eine Adresse ist dann ein Bitmuster, z.B. Adresse 21 entspricht dem Bitmuster „00010101“. Das kann man kontrollieren indem die exakte Beschreibung dieser Zahl nun nicht dezimal sondern im Dualsystem beschrieben wird:

0 x 27 + 0 x 26 + 0 x 25 + 1 x 24 + 0 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 0 + 0 + 0 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 21 Übertragen werden nur die Ziffern vor den Potenzen, man spricht vom Stellenwert, den setzt jeder Anwender selbst hinzu (das ist ja auch so beim Dezimalsystem). Die nächste Frage ist, wie kriege ich das Bitmuster 00010101 zur jeweiligen Schaltstelle. Wie oben bereits beschrieben, sendet der Master über einen Bus dieses Muster an alle Decoder der Schaltstellen, der Decoder findet heraus, ob diese Adresse für ihn ist oder nicht. Das tun alle Decoder. Was macht nun der Decoder, wenn er ermittelt hat „Ich bin gemeint“? In unserem Fall ist das ganz einfach, er gibt für die Schaltstelle eine 1 aus, alle anderen Schaltstellen erhalten weiterhin eine 0. Die 1 muss also eine Aktion in der Schaltstelle auslösen. Das funktioniert gut, da Latch (wird später noch erläutert) mit einer 1 in einen anderen Zustand geschaltet werden können. Bei Bussystemen wie das Internet, beginnt bei gefundener stimmender Adresse entsprechend eines vereinbarten Protokolls die Übertragung der Daten, das ist bei uns nicht notwendig, das geht hier viel einfacher. Noch ist aber nicht geklärt wie rein technisch die Adressen vom Master zum Decoder kommen? Technisch gibt es mindest 2 Möglichkeiten: Zum einen durch einen Bus mit parallelen Leitungen oder Sequentiell über eine 2-Draht-Leitung Erstere wollen wir nutzen, indem wir nun wieder jedem Bit einen Draht zuordnen, also 8 Drähte, also 256 Kombinationen der Bits, dto. Adressen. Reicht das nicht, muss man mehr Drähte nutzen. Mit 16 schafft man immerhin 65536 Adressen. Das Problem besteht in dem nun erhöhten Schaltungsaufwand. Die Alternative ist die sequentielle Übertragung. Man muss nun das Bitmuster sequentiell übertragen. Das ist nicht ganz einfach. Zunächst braucht man einen Wandler, der der Reihe nach die Bits bereitstellen. Der Master überträgt das erste Bit. Der Decoder muss nun herausbekommen was das Bit ist. In unserem Beispiel überträgt er 3 Nullen. Der Decoder muss ermitteln, dass es 3 Nullen und nicht zwei sind, überhaupt muss er wissen, dass „Nichts“ übertragen wird, dieses aber Nullen sind. Das kriegt man in den Griff indem Master und Decoder im gleichen Takt arbeiten oder die einzelnen Bits gekennzeichnet werden. Das ist aber ein neues Problem, denn man hat nur 1 oder 0, wie soll da der Decoder erkennen, dass das ein Datenwert (Bit) war oder ein Trennzeichen zwischen den Bits ist. Nehmen wir mal an, dass wir das geklärt haben, da tut sich aber ein weiteres Problem auf. Wir übertragen von der Adresse 21 als erstes das höchste Bit (ganz links), die 0. Egal wo dieses Bit angeordnet wird (im Decoder) hat er die Adresse 0, es könnte also sein, das ein Decoder reagiert, was völlig falsch ist, denn die Adresse ist noch nicht komplett, das kann der Decoder nicht wissen. Er, alle Decoder, muss mitzählen und erst reagieren wen 8 Bit übertragen wurden. Es bedarf also auch noch einer Anfangs- und Endekennung für die Übertragung (und das alles mit 1 und 0). Die ganze Problematik kann man natürlich mit einer Elektronik klären, diese wird folgerichtig sehr aufwendig werden. Will man es so durchführen, was ja die Industrie macht, ist es sinnvoller einen kleinen Rechner, man nenn ihn Mikrocontroller, für diese Aufgaben zu nutzen. Den braucht man bekanntermaßen bei der Digitalsteuerung der Modellbahn in jeder Lokomotive oder Schaltstelle. Dazu muss man diesen Controller rein schaltungstechnisch einbauen und für die Funktion auch programmieren, das kann in einer höheren

Programmiersprache wie C++ erfolgen, aber eventuell auch in Maschinensprache, beides ist für den Anfänger sehr schwierig. - Also versuchen wir den Kompromiss mit einem einfachen 8 Bit parallelen Bussystem. Als Decoder können wir De-/Multiplexer verwenden, wir wollen ja nur die Adresse herausfinden, das ist relativ einfach. Übertragungen auf diese Adresse gibt es nicht. Bei den Überlegungen wollen wir uns auf die Angebote der Industrie beziehen, damit wird der Schaltungsaufwand gering gehalten. Man könnte ohne Probleme auch einen 9 Bit Bus konstruieren, der Aufwand ist denn doch groß, insbesondere auch deshalb, da jeder Decoder so aufgebaut werden muss! Mit einem vertretbaren Aufwand an diesen und weiteren Bauelementen soll ein ausreichendes Bussystem mit Multiplexern konstruiert werden. Die Grundvariante wäre ein 4 Bit-Bus mit nur einem Demultiplexer IC4514 (bzw. IC4515):

Damit sind 15 Adressen schaltbar, denn liegt kein Signal auf dem Bus (I0 … I3 = 0) wird der Ausgang Q0 angesteuert, das gilt auch für alle weiteren Anordnungen, es ist immer eine Adresse weniger als möglich). Die anderen Adressen können dann nach belieben verteilt werden. Für sehr kleine Anlagen ist das eventuell schon ausreichend. Was bietet die Industrie an Bauelementen? Neben den bereits genannten Demultiplexer: 4514 bzw. 4515 (jeweils 1 aus 16 Signalen; 4 Eingänge) gibt es auch einen Demultiplexer 4555 bzw. 4556 (1 aus 4 Signalen; 2 Eingänge; Conrad bietet leider nur den 4556 an). Damit kann man nun sehr einfach ein Bussystem mit 6 Leitungen und 64 Adressen aufbauen, eigentlich aus den bereits oben genannten Gründen nur mit 63. Folgende Schaltung ist möglich:

Das funktioniert wie folgt: Die Eingänge I0 bis I3 sind die auch am 4Bit-Bus benutzten Eingangssignale. In Erweiterung dazu werden nun diese Signale parallel an 4 1 aus 16 Demultiplexer gelegt. Die zwei weiteren Eingangssignale I4 und I5 werden an die Eingänge des 1 aus 4 Demultiplexer gelegt. Je nach Belegung dieser Eingänge wird mit einem Signal ein Demultiplexer 4514 ausgewählt.

Da I4 und I5 mit zur Adresse gehören, wird automatisch der notwendige Demultiplexer ausgewählt, z.B 10 0001 (I5…I0):

10: dez. 2 – Auswahl Demultiplexer 2; 0001: dez. 1 – Adresse 1

Adresse 1 auf Baustein 2 entspricht Adresse 33, das stimmt, denn 10 0001 ist dez. 33.

Der Bauelemente-Aufwand scheint groß zu sein, denn nun müssen immer 5 Demultiplexer benutzt werden. Das stimmt nicht ganz, denn es brauchen ja nur die Demultiplexer 4514 auf dem Modul installiert werden, deren Adressen auf dem Modul benutzt werden sollen, wahrscheinlich höchstens 1 Baustein. Probleme gibt es mit dem reset wenn Adressen größer 15 benutzt werden, denn reset wird nur über den Baustein 0 erzeugt. 3 Varianten bieten sich zur Lösung an: - man benutzt auf jedem Baustein die Adresse 0 als reset, Adr.0, 16, 32, 48 ist reset, diese 4 Adressen fehlen im Adressvorrat in der Folge. - man installiert immer den Demultiplexer 0 - man baut eine spezielle reset-Schaltung Als Reset-Schaltung ist folgendes möglich:

Reset ist dann, wenn der Demultiplexer 0 selektiert wird, I0 = 1 und I1 = I2 = I3 =0 ist. Der Baustein 4556 ist bereits vorhanden, er gibt bei I4 = I5 = 0 eine 0 auf Q0 aus (die anderen Ausgänge sind 1). Also müssen Q0, I1, I2 und I3 negiert und dann zusammen mit I0 einem UND-Gatter zugeführt werden. UND mit 5 Eingängen gibt es nicht, da aber der Baustein 4073 3 UND-Gatter mit jeweils 3 Eingängen hat, kann diese Funktion daraus realisiert werden (siehe Bild; die freien Eingänge müssen mit 1 belegt werden, denn 1 und x = x ( offener Eingang = 0: 0 und x = 0)). Als Negatoren werden die 4 NAND-Gatter eines Bausteins 4011 genutzt. Insgesamt kostet diese Lösung etwa 1 EURO, mit dem Demultiplexer 4514 etwa 2€. Weitere Reset-Schaltungen sind möglich, sollen aber nicht weiter besprochen werden.

Erweiterung auf einen 8 Bit-Bus.

Das gezeigte Prinzip lässt sich nun ohne große Probleme auf 8 Leitungen erweitern. Dann stehen 255 Adressen zur Verfügung, was dann schon für eine größere Anordnung ausreichen sollte. Der Unterschied zum vorhergehenden System ist, dass, da nun 4 Auswahlleitungen vorhanden sind, als Auswahlbaustein ein Demultiplexer 4515 zum Einsatz kommt (Signal ist 0). Damit lassen sich nun 16 IC 4514 auswählen. Auch hier gilt, dass nur die Demultiplexerbausteine installiert werden müssen, deren Adresse auch auf dem Modul gebraucht werden. Die Beschaltung des Demultiplexers 4514 bzw. 4515 sieht prinzipiell wie folgt aus:

Die Eingänge müssen immer beschaltet sein! (ein nicht beschalteter Eingang kann als 1 interpretiert werden)! Wenn kein Schalter betätigt wird, ist der Eingang mit 0000 belegt und es wird Q0 selektiert (beim 4514 = 1; beim 4515 = 0, deshalb wird der 4515 als Selekt-Baustein verwendet, man spart das Negieren für die anderen 4514). Die Eingänge werden intern über ein RS-Latch gepuffert, ist EL = 1, wird die Eingangsbelegung sofort übernommen. Der Eingang En kann und wird als Baustein-Selekt-Signal genutzt. Nur wenn En = 0 ist, wird auch aus der Eingangsbelegung ein Qi des Bausteins selektiert, anderenfalls wird kein Qi selektiert.

Die alternative Reset-Schaltung ist mit der oberen identisch:

Die 4 Eingangs-Leitungen des Demultiplexers werden durch ihn analysiert und durch ein Ausgangssignal quittiert (0 bei Auswahl), der Reset ist wie gehabt. Nach dem gezeigten Prinzip lässt sich nun das Bussystem beliebig erweitern. Wir wollen ein 10 Bit Bus nutzen, damit sind 1023 Adressen möglich. Die komplette Schaltung sieht wie folgt aus:

Die alte Schaltung (Demultiplexer 1 aus 256) wird als ein Block definiert. Die zwei neuen Signale werden als I8 und I9 definiert und dem Demultiplexer 4556 zugeordnet. Die bisherigen 8 Eingangssignale werden nun parallel auf 4 der oben festgelegten Blöcke verteilt. Der IC 4556 wählt einen davon aus. Das in der Schaltung angegebene Beispiel der Adresse 362 (01 0110 1010) selektiert den Block1, darin den IC 6 und darauf den Ausgang 10. Insgesamt haben wir es jetzt mit einem 1 aus 1024 Demultiplexer zu tun. Komplett bestückt braucht man nun 64 * IC 4514, 4 * IC 4515, 1 * IC 4556, sind 69 IC’s im Wert von etwa 140€. Das ist aber nicht notwendig, denn es müssen ja nur die IC’s installiert werden, deren Adresse gebraucht werden. Beim Beispiel braucht man jeweils einen IC 4514, 4515 und 4556 und erreicht damit die Adressen 352 bis 367. Zur vorhergehenden Schaltung ist der Aufwand nicht wesentlich größer. Fürs Reset braucht man nun, sofern nicht der 1.IC genutzt wird, zwei 1 aus 16 Demultiplexer, da könnte man eventuell billiger eine Ersatzschaltung, bestehend aus Negatoren und UND-Gattern einsetzen? Durch Austausch des IC 4556 durch einen 4515 könnte man einen 12 Bit Bus verarbeiten und hätte dann 4096 (4095) Adressen zur Verfügung. In beschriebener Weise kann das System beliebig erweitert werden, noch ein IC 4515 davor gesetzt, gestattet den Zugriff auf einen 16 Bit Bus und damit auf 65536 (65535) Adressen. Das Problem wird dann der Bus mit den 16 Leitungen werden, die durch jedes Modul gezogen werden müssen, einschließlich eines entsprechenden Steckersystems. Zusätzlich werden weitere Leitungen benötigt, so dass die Anzahl der Leitungen doch recht groß werden kann, da muss man dann sicher irgendwann eine Entscheidung zu Gunsten des digitalen Systems treffen. Pro Adresse werden dann immer 4 IC 4514/15 gebraucht, jedoch stehen damit 16 Adressen zur Verfügung und weitere 16 Adressen werden nur durch einen zusätzlichen IC realisiert. Der Preis für diesen Decoder mit 32 (benachbarten) Adressen beträgt 10€, ist damit immer noch billiger als ein Decoderbaustein eines digitalen Systems. Allerdings muss man mehr an Verdrahtungsaufwand bewältigen

Wie und mit welchen Stecker-System die Module elektrisch untereinander verbunden werden sollen, wird später beschrieben, wenn die Anforderungen von den Schaltstellen her bekannt ist. Schaltstellen auf dem Modul Die Demultiplexer auf dem Modul erkennen auf dem Bus welche Schaltstelle angesteuert werden soll und stellen je nach Baustein eine 0 oder 1 zur Verfügung. Und, da es ein Bussystem ist kann dieses Signal nur kurzzeitig zur Verfügung stehen, denn es muss der Bus wieder für weitere Signale freigemacht werden. Die Bus-Kontrolle kann zusammen in einem Demultiplexer für maximal 16 Schaltstellen erfolgen, die Anpassung an die jeweilige Schaltstelle muss durch eine spezielle Elektronik für jede Schaltstelle erfolgen, d.h. die Funktion der Schaltstelle bestimmt die Elektronik. Welche Funktionen können Schaltstellen haben? Dazu sollte man zunächst analysieren, was auf einem Modul geschaltet werden muss: Weichen

Signale Zu- und Abschalten von Fahrspannung von Gleisen Lampen aller Art

Schranken Antriebe für Tore (z.B. Lokschuppen) usw.

Aus der Aufzählung sieht man, dass die Funktionen der Schaltstellen sicher recht unterschiedliche Elektronik brauchen. Weichen Auf Grund der Einwirkung einer mechanischen Kraft nehmen die Weichenzungen eine andere Lage ein. Das Erzeugen der Kräfte erfolgt durch Magnete oder durch Elektromotoren. In beiden Systemen gibt es meist einen Endlagenschalter, der durch Abschalten des Stromes den Vorgang automatisch beendet, es wird also nur kurzfristig Energie gebraucht. Es gibt auch Antriebe die keinen Endlagenschalter haben. Und die Weiche speichert in ihrer Position selbst den momentanen Zustand. Beiden Systemen ist gemeinsam, dass für jede Richtung genau ein Leitungspaar bereit steht, d.h. es werden zwei Signale gebraucht, jede Richtung eine Schaltstelle. Als Anpassung wird nur ein Verstärker gebraucht, der in der Lage ist den notwendigen Strom der Schaltstelle zu steuern. Das kann ein Transistor und ein Relais oder nur ein Transistor sein. Muss Wechselspannung geschaltet werden, sind beide erforderlich, bei Gleichspannung reicht ein Leistungstransistor aus. Die Schaltspannungen müssen separat bereitgestellt werden.

Das zweite Bild zeigt, wie mittels Dioden zwei verschiedene Signale zur Steuerung genutzt werden können, z.B. ein Signal vom Demultiplexer und ein Signal durch eine Taste auf dem Modul. Hat die Weiche keine Endabschaltung, ist das nicht problematisch, da im Bussystem das Signal ohnehin nur kurzzeitig zur Verfügung steht. Eine weitere Variante besteht darin, dass das Relais nicht direkt den Weichenantrieb steuert, sondern einen großen aufgeladenen Kondensator auf die Spule der Weiche entläd. Damit steht kurzfristig ein großer Strom zur Verfügung. Signale Signale werden in mechanische und Lichtsignale unterschieden. Bei mechanischen Signalen erfolgt der Antrieb in gleicher Weise wie bei den Weichen. Geht man davon aus, dass diese Antriebe eine Endabschaltung haben, so reicht wieder eine Leistungsanpassung des Steuersignals an die Schaltstelle mittels Verstärker. Die Schaltstelle (Signal) speichert selbst den momentanen Zustand. Aus anderen Gründen kann es jedoch auch sein, dass der Zustand für weitere Steuerungen gebraucht wird. Das geht, wenn der Antrieb eine Rückmeldung generiert, wenn nicht, man muss eine weitere Schaltung hinzufügen, die sich diesen Zustand merkt. Genau das Problem gibt es bei Lichtsignalen. Eigentlich braucht nur eine Lampe angesteuert zu werden (geht mit nur einem Transistor), aber dann müsste das Ansteuersignal ständig

bereitstehen, was aber nach dem Busprinzip nicht möglich ist, also muss nun die Schaltstelle eine Erweiterung bezüglich der Speicherung des Zustandes erhalten. Es soll nicht verschwiegen werden, dass es auch Lichtsignale mit Zugbeeinflussung gibt, dann gilt die oben getroffenen Aussage, denn meist ist dann ein mechanischer Antrieb vorhanden, der dann durch die Position den Zustand speichert und durch Schalter das Gleis von der Fahrspannung trennen kann und die Lampen im Signal ebenfalls ansteuert. Die einfache Variante von Lichtsignalen kann das nicht, es bedarf eines Speichers, aus dessen Zustand, wie eben beschrieben, die Ansteuerung der Lampen im Signal abgeleitet wird. Speicher in der Elektrotechnik lassen sich mit Latch oder Flip-Flops realisieren. Wir werden Latch verwenden, diese sind Zustandsgesteuert. Das entspricht der Situation, denn es ist egal wie lange ein Signal zur Steuerung vorhanden ist, es muss nur den entsprechenden Zustand einnehmen.

Das ist das Symbol für ein RS-Latch. Solche Gebilde lassen sich mit NAND’s oder NOR’s aufbauen oder man verwendet spezielle Bausteine. Wird oben eine 1 (Betriebsspannung) angelegt und unten eine 0, erscheint sofort am Ausgang Q eine 1 und bei Qn eine 0. Hier könnte man ein Relais mit ansteuern. Nimm man nun die 1 oben wieder weg, wird der Eingang auf 0 gelegt, die Schaltung speichert, d.h. der obere Ausgang bleibt weiter angesteuert. Da der untere Ausgang bei Ansteuerung des unteren Eingangs

aktiv wird, kann dort wie auch oben schon eine LED angeschlossen werden. Damit könnten nun schon rot und grün eines Lichtsignals angesteuert werden. Legt man an beiden Eingängen eine 1 tritt eine undefinierte Situation auf, muss man vermeiden! Weitere Informationen zu Flip-Flops bzw. Latch findet man unter:

http://www.u-r-rennert.de/dig/rs_flipflop.htm und http://www.u-r-rennert.de/dig/dig_schalt1.htm (ein kleiner Grudkurs zu digitalen

Schaltungen). Zu- und Abschalten von Fahrspannung von Gleisen Das ist nun kein Problem mehr, denn die Situation entspricht genau der der Lichtsignale ohne mechanische Steuerung. Die Schaltung muss ein Relais benutzen ,denn es muss die Fahrspannung geschaltet werden, das kann am besten ein ausreichend dimensioniertes Relais, denn es können da schon Ströme von mehr als 1 Ampere auftreten (hängt von der Lok ab). Eine Rückmeldung vom abgeschalteten Gleis ist möglich, bereitet jedoch aus der Sicht der Bus-Problematik etwas Probleme. Auf das Thema soll später bzw. in einem anderen Teil noch eingegangen werden. So ist es zur Zeit nur möglich auf dem Modul selbst eine Anzeige zu installieren (eine LED am Ausgang Qn würde das Abschalten des Gleises signalisieren; mit Q wird das Relais gesteuert). An- und Abschaltung von Lampen Eigentlich ist das kein Problem mehr, denn prinzipiell funktioniert das wie bei der Zu- und Abschaltung von Gleisen, es werden zwei Adressen gebraucht. Letztere Aussage ist Grundlage für weitere Überlegungen, denn es braucht eigentlich nur in den jeweils anderen Zustand umgeschaltet zu werden. Eine Rückmeldung ist nicht notwendig, denn das Leuchten der Lampen auf dem Modul ist bereits die Rückmeldung. Dieses Hin- und Herschalten kann man mit einer Kippschaltung realisieren und braucht dann nur eine Adresse. Eine Kippschaltung lässt sich mit einem JK-FlipFlop wie folgt aufbauen ( ½ IC 4027):

Der R- und S-Eingang müssen immer beschaltet sein. R = 1 und S = 0 => Q = 0; Qn = 1 (Qn: negierter Ausgang) R = 0 und S = 1 => Q = 1; Qn = 0 R = 1 und S = 1 => Q = 1; Qn = 1 (unzulässige Eingabe) R = 0 und S = 0 => Q und Qn werden durch die Belegung von J und K in Abhängigkeit vom Takt festgelegt. Übernommen werden die Einstellungen mit ansteigender Flanke. Grundzustand soll sein, wenn Q=0 ist, d.h. der Transistor wird nicht angesteuert und das Relais ist im Ruhezustand, z.B. alle Lampen sind aus bzw. Gleise haben keinen Fahrstrom. Im letzten Fall muss die LED zur Signalisierung dieses Zustandes an Qn geschaltet werden. Beschaltung: Sowohl der Takt als auch R werden über einen Widerstand auf 0 gelegt, das Betätigen der Schalter legt somit jeweils eine 1 auf den Eingang. Bei R bedeutet das (R=1 und S=0) reset, Q wird zu 0. Beim Takt entsteht so eine ansteigende Flanke. Ist R=S=0 kippt bei ansteigender Flanke das FF, da J=K=1 ist, in den anderen Zustand um. Die Dioden wirken als Oder-Beschaltung für weitere Eingänge, z.B. W1 vom Dekoderbaustein zum Umschalten des Zustandes, W2 ebenfalls vom Dekoderbaustein zum Reset. Wird die Schaltung ausschließlich und alleinig in Folge einer anderen Schaltung betrieben, z.B. hinter dem Dekoder, kann der Widerstand und die Diode entfallen. An den Eingang darf kein weiteres Signal angelegt werden (kann zur Zerstörung des vorhergehenden Bausteins führen). (Die Widerstände haben alle einen Wert von 1KOhm; für die IC-Pegel zuständigen Widerstände ist ein größerer Wert besser – z.B. 100KOhm). Der Baustein bietet eine reset-Schaltung mit an. Das ist gut, denn nach dem Zuschalten der Betriebsspannung ist nicht definiert, welchen Zustand die Schaltung annimmt (Licht an / aus?). Mit reset werden dann alle Lampen definiert ausgeschaltet, was automatisch beim Anschalten der gesamten Anlage erfolgen kann. Prinzipiell kann auch das Zu- und Abschalten der Gleise und der Signale mit dieser Schaltung erfolgen, jedoch könnte eine Automatisierung der Anlage damit schwieriger werden. Auch Weichen könnten so geschaltet werden, jedoch ist, da mit einem Relais als Schalter immer genau eine Schalterstellung vorliegt und somit eine Ansteuerungsrichtung der Weiche ständig mit Strom versorgt wird, eine Endabschaltung unabdingbar. Immerhin spart man so immer eine Adresse pro Weiche ein.

Alle weiteren Schaltstellen auf dem Modul lassen sich in die genannten Varianten einordnen. Wird eine Schaltung mit einem Zustandsspeicher verwendet, kann sie und damit das Schaltelement durch das zentrale reset-Signal in einen definierten Anfangszustand versetzt werden. Weitere Informationenen unter:

http://www.u-r-rennert.de/dig/rs_flipflop.htm und http://www.u-r-rennert.de/dig/dig_schalt1.htm (ein kleiner Grudkurs zu digitalen Schaltungen).

Master Master in unserem Bussystem ist die Bedieneinrichtung, das Bedienpult. Je nach gewählter Variante der Schaltstelle müssen zur Bedienung ein oder zwei Schalter vorhanden sein. Jeder Schalter legt für die Zeit der Betätigung genau eine Adresse auf den Bus. Wie wird nun die Adresse erzeugt? Da zur Identifikation der Adresse ein Demultiplexer verwendet wird, muss an dieser Stelle dann ein Multiplexer zum Einsatz kommen, man kann auch von Kodierung sprechen. Die Kodierung der Signale ist relativ einfach und erfolgt mittels Dioden. Gebraucht wird auf den Leitungen der Dekodierer jeweils entsprechend der Adresse eine 1, d.h. es muss auf die Leitung an einer beliebigen Stelle die Betriebsspannung auf den Bus gelegt werden. Nehmen wir das folgende Beispiel:

Adresse 10 soll angesteuert werden. Die Leitungen I3 und I1 werden über einen Taster an die Betriebsspannung gelegt. Das funktioniert aber nur dann, wenn keine weitere Kombination an das Leitungssystem gelegt werden, denn über die Leitung I1 werden über die Adresse 19 auch die Leitungen I4 und I0 angesteuert und somit kommt jetzt die Adresse 27 in Aktion. Es zeigt, dass die Leitungen entkoppelt werden müssen. Das geht in einfachster Weise über Dioden:

Nun werden in der gleichen Situation nicht mehr die Leitungen I4 und I0 aktiviert weil die Dioden der Adresse 19 sperren. Die Adresse 19 funktioniert aber weiterhin auch. Die Dioden wirken wieder als ODER-Schaltung, die Leitung I1 wird von der Adresse 18 oder 19 angesteuert! Notwendig könnte weiterhin sein, alle Leitungen so zu beschalten, dass, wenn kein Schalter betätigt wird, alle Leitungen sicher das Signal 0 haben. Das passiert durch Widerstände im folgenden Beispiel (siehe oben):

Die Widerstände werden an Masse gelegt, die Widerstände haben die Bezeichnung Pull-Down Widerstände (können etwa 10 bis 100KΩ groß sein). Stellpult Das Stellpult beherbergt alle Schalter zur Betätigung der Schaltstellen auf den Modulen. Es kann in gleicher Weise wie die Module diese symbolisch darstellen. Es brauchen nur die dargestellt werden, auf denen auch einen Schalthandlung vorgenommen werden kann. Eine variable Anordnung aller Steuerteile, einschließlich derer die keine Schalter besitzen, realisiert dann aber ein Gleisbildstellwerk. Dann ist es auch möglich, das Gleisbild immer an die gewählte Anordnung der Module anzupassen (das ist aber ein anderes Thema).

Das Beispiel zeigt neben den zwei Standard-Modulen eine Sonderkonstruktion (aber nur das gerade Gleis ist als Anschluss gedacht, somit passt das Modul auch mit den anderen zusammen). Das Modul zeigt aber auch, wie schnell die Adressen auf dem Bus verbraucht werden. Auf den 3 Modulen sind: 1 Signal 2 Adressen 3 Weichen 6 Adressen 4 Gleisabschalter 8 Adressen (4Adressen mit Umschalter) 4 Lichtschalter 4 Adressen Damit sind bereits 20 Adressen vergeben. Da die Adresse 0 nicht vergeben ist und mit Adresse 1 das reset-Signal realisiert wird, sind also schon 22 Adressen vergeben! Die Steuerung des Modul-Systems ist unter: http://www.u-r-rennert.de/bahn/module/mod_steurg/mod_steu.htm zu finden. Verschaltung des Bussystems auf dem Modul Geplant ist, die Module elektrisch mit einem Bus von 25 Leitungen und dem Sub-25 Steckersystem untereinander zu verbinden. Die Demultiplexer erhalten einen zentralen Platz auf dem Modul, die Schaltelemente könnten auf einer weiteren zentralen Platine angeordnet oder dem zu schaltenden Teil direkt zugeordnet werden. Der Bus kann jedoch auch auf eine weitere Platine mit Demultiplexer geführt werden, dabei ist es völlig egal, ob das in Reihe oder Parallel zueinander erfolgt. Von diesem weiteren Demultiplexer werden weitere Schaltstellen versorgt.

Auf der zentralen Leiterplatte des Moduls können neben den Demultiplexern auch die Verbindungselemente zum nächsten Modul installiert werden, fest soll die Buchse mit der Leiterplatte verbunden werden, der Stecker wird über ein 25-adriges Kabel angeschlossen. Folgende Steckerbelegung zur Verbindungen der Module untereinander wäre nun denkbar:

1|2 – 3|4 Fahrspannung 1 5|6 – 7|8 Fahrspannung 2 (Modulverfahren) 9 – 16 Bus (8 Leitungen) Ltg.9 : 20; … Ltg.16 : 27 17 – 18 frei 19 – 20 16V Wechselspannung (Weichensteuerung mit Motor) 21 +12V Versorgung De-/Kodierung

22 +5V Versorgung sonstig 1 23 +16V Versorgung sonstig 2

24 – 25 Masse gemeinsam Die Leitungen 17 und 18 werden als frei bezeichnet, gemeint ist, dass sie zur freien Verfügung stehen. Die Leitungen müssen erst durch steckbare Drahtbrücken mit dem Bussystem verbunden werden. Damit kann man auf einem benachbarten Modul von diesem Modul eine Schalthandlung ausführen, das erwies sich schon beim elektronischen Konzept eines Halbmoduls als sinnvoll. Die weitere Bearbeitung wird zeigen, ob die gewählte Anordnung sinnvoll ist. Möglich wäre, dass die Leitungen 5 bis 8 anderweitig benutzt werden könnten. Elektrische Verbindung der Module Auf der zentralen Leiterplatte soll wie bereits beschrieben die Verbindung zu den nächsten Modulen realisiert werden. Dazu wird fest eine Buchse installiert und auf der anderen Seite

ein flexiblen Kabel und Stecker. Das Kabel muss mindest die Länge eines Moduls haben um das nächste Modul anzuschließen.

Damit sind sofort mehrere Anordnungen der Module möglich, z.B.:

Die Steuerung, z.B. eine Anordnung mit Tastern (oder der beschriebene Master), Codierung, Versorgungsspannung und Fahrreglern wird auf einem extra Modul untergebracht. Über ein 25-adriges Kabel mit sub-25 Stecker kann dieses Modul an den Anfang der Linie gesteckt werden. Um aber auch Anordnungen mit einer zweiten Richtung versorgen zu können, ist es sinnvoll dieses Anschlusskabel mit einem Adapter auszurüsten, es gibt am Ende des Kabels sowohl einen Stecker als auch eine Buchse.

Damit sind dann auch die folgenden Anordnungen realisierbar:

Gibt es auf einem Modul eine Verzweigung zu einem anderen Gleis, so sind natürlich auch zwei Kabel (und sinnvoller weise auch zwei Buchsen) für die Verteilung des Bussystems vorzusehen:

Größere Verzweigungen, die sich durch Bahnhöfe ergeben, sollen hiermit nicht gesteuert werden. Probleme Wie bereits oben schon dargestellt, bereitete in einem Bus-System das parallele Betätigen von Schaltern Probleme, das Signal ist nicht mehr eindeutig. Das Problem tritt z.B. auf, wenn man Weichenstraßen schalten will. Ähnlich verhält es sich mit Rückmeldungen. Rückmeldungen, z.B. über die Lage einer Weiche, können nicht permanent über den Bus erfolgen. Eine Lösung ist nur so möglich, dass auch die Rückmeldung für eine kurze Zeit eine Adresse auf den Bus legt. Die Adresse ist in diesem Fall das Stellpult. Hier muss wie oben beschrieben ein Latch den Zustand speichern und dauerhaft Anzeigen. Das ist lösbar. Jedoch tritt dabei noch ein weiteres Problem auf. Die Rückmeldung wird genau dann erzeugt, wenn das zu verändernde Gerät einen anderen Zustand einnimmt, d.h. es liegen für einen kurzen Augenblick wieder zwei Adressen auf dem Bus, das Ergebnis ist falsch. Als Lösung bietet sich an, man nutzt zur Anzeige des Zustandes nicht die Rückmeldung, sondern das Steuersignal des Gerätes am Stellpult selbst, z.B. ein Latch oder ein bistabiles Relais. Anders dagegen verhält es sich mit Rückmeldungen, die die Module selbst und ohne Steuerung vom Stellpult erzeugen, z.B. Gleisbesetzmeldungen. Hier muss wie bereits

beschrieben kurzzeitig auf eine Adresse ein Signal gelegt werden, anderenfalls würde bei dauerndem Signal, keine weitere richtige Information über den Bus übertragen werden. Auch ist der Zeitpunkt der Auslösung dieses Signals nicht bekannt, es könnte also sein, dass dieser zufällig genau mit einem Signal vom Stellpult oder auch mit einem anderen Besetztmelder auftritt, dann gibt es wieder eine falsche Reaktion. Zur Lösung dieser Problematik ist der Schaltungsaufwand zu erhöhen, eventuell ist dann die Nutzung eines bekannten Bussystems günstiger. In diesem Fall würde das Rückmeldesystem nur überschaubar, wenn nur mit einem Regeltrafo gefahren wird oder man verzichtet ganz auf Rückmeldungen. Ob man nun derart seine Module steuern will, muss jeder selbst entscheiden. Man kann aber auch viele Dinge dem Modul selbst überlassen, man braucht dann nur die Versorgungsspannung und die Ansteuerungen, z.B. eine Haltestelle. Soll diese das „sanfte“ Anhalten und Anfahren an einem Signal realisieren, so bedarf es nur 2 Adressen plus der reset-Adresse zur Steuerung der Elektronik und des Signals. Das Registrieren, ob ein Zug in diese Stelle einfährt, das Rückregeln der Geschwindigkeit, das sichere Halten am Signal, das Beschleunigen und das Rücksetzen des Blockes und des Signals erledigt eine Elektronik auf dem Modul selbständig. So kann man jede Menge Steuerleitungen sparen, aber nicht Elektronik, denn eine zentrale Nutzung dieser Elektronik auch für andere ähnliche Stellen ist ausgeschlossen. Ein großes Problem, erst später aufgefallen, gibt es mit der Fahrspannung bei Gleichstrombetrieb, wenn das Modul gedreht wird. Mechanisch passt es natürlich zusammen, aber wenn auf der Steckerbelegung 1/2 Plus und auf 3/4 Minus liegt und diese fest mit den Schienen verbunden sind, dann wird beim Drehen des Moduls auch die Spannung an den Schienen „getauscht“. Das gibt zwar keinen Kurzschluss, da die Module elektrisch nicht über die Schienen verbunden sind, aber dann beim Befahren wird es problematisch. Eine Lösung zum Problem liegt noch nicht vor. Spontan fallen mir vier Lösungen ein:

- die Fahrspannung wird nicht über das Steckersystem geführt sondern, wie bei Modulen üblich, über extra Labor-Stecker

- es wird ein Adapter, der die Anschlüsse tauscht, zwischen gesteckt - es wird eine zweite Sub-25-Buchse auf der zentralen Leiterplatte des Modul installiert, die eine entsprechende Tauschung der Leitungen vornimmt - es wird generell ein Umschalter zum Tauschen der Anschlüsse auf dem Modul vorgesehen Die letzte Variante hat sich als sehr gut erwiesen und wird auf allen Modulen genutzt! Als Variante wird so verfahren, dass die Fahrspannung auf den Modulen 1 zu 1 durchgestellt wird. Von diesen Leitungen wird es einen Abzweig zu den Gleisen auf dem Modul geben (nur von dieser Stelle aus werden alle Gleise auf dem Modul angeschlossen) und diese Stelle erhält der Umschalter der Fahrspannung. Da demnächst zwei Module vorhanden sind, wird es auch eine Entscheidung geben. Die Entscheidung ist in der Konstruktionsphase für einen Umschalter auf der zentralen Platine gefallen (siehe: Halbmodul Kieswerk).

Preise Die gezeigte Muliplexer Variante ist eine Alternative. Sie erfordert zwar mehr Leitungen, aber die Dekoder (Demultiplexer) und Kodierer (Diodenmatrix) sind billiger als bei digitalen Systemen. Die Dekodierung pro Modul mit 16 Schaltadressen kostet etwa 5 EURO (nur Schaltkreise, Reset extra realisiert). Jede Erweiterung um weitere 16 Adressen kostet 2 EURO. Der Aufbau der Dekodierung ist auf einer Universal-Leiterplatte möglich und kann mit ein wenig Geschick leicht erledigt werden (im Gegensatz zu den meisten Selbstbau Dekodierern, wird mit einem Leiterabstand von 2,5mm gearbeitet). Für jede Schaltstelle wird unterschiedlich ein Schaltkreis (kleiner 1 EURO), und/oder ein Transistor und/oder ein Relais (um 2 EURO) gebraucht, also maximal 3 EURO (bei genauer Auswahl kann man unter 2 EURO bleiben, denn die FlipFlop’s sind zu zweit auf einem Schaltkreis 4027 untergebracht und arbeitet man bei den Latch mit den negierten Signalen, kann man auch zwei Latch auf einem Schaltkreis generieren). Diese Schaltungen können auch auf einer zentralen oder externen Universal-Leiterplatten aufgebaut werden (die Schaltstellen werden auch bei der digitalen Lösung gebraucht (Schaltverstärker, Relaisplattiene 8 Kanäle 30 EURO). Zu beachten sind die zusätzlichen Kosten für die Leitungen zur Verbindung der Module. Die favorisierte SUB25 Stecker und Buchsen kosten im Durchschnitt 2 EURO, also 4 EURO pro Modul (in Bastlerläden bekommt man „nackte“ Buchsen und Stecker für unter 1 €). Dann wird ein etwa 1m langes 25 adriges Kabel gebraucht (Computergeschäfte bieten solche kompletten Kabel an - ! es gibt auch nicht komplett belegte Kabel ! (nachrüsten geht meist nicht, da die Kabel und Stecher verschweißt sind)). Also ein Modul z.B. mit 10 Schaltstellen kostet etwa (geschätzt): 10 Schaltstellen 20 EURO Dekoder 5 EURO Kabel/Stecker 5 EURO Leiterplatten 4 EURO -------------------------------------- Gesamt 37 EURO Modul mit 20 Schaltstellen kostet etwa: 20 Schaltstellen 40 EURO Dekoder 7 EURO Kabel/Stecker 5 EURO Leiterplatten 4 EURO -------------------------------------- Gesamt 56 EURO Na ja, umsonst geht es auch nicht mit diesem System! Zusammenfassend Es ist, zumindest für mich, eine interessante Idee, in dieser Art mittels Modulen eine Modellbahn aufzubauen. Der Vorteil von kleineren Modulen ist, dass man sich selbst vielfältige Fahrmöglichkeiten schaffen kann. Nachteilig ist, dass eine hohe Passgenauigkeit der Module erforderlich ist. Insbesondere werden hohe Anforderungen an die Verbindungen gestellt. Sinnvoll ist, die

Verbindungslöcher durch Metallunterlagen stabiler zu fixieren. Das könnte in einfachster Weise ein Blech auf der Innenseite der Verbindungsseite des Moduls sein. Unabhängig von der nun vorhandenen Flexibilität zur Gestaltung der eigenen Fahrmöglichkeiten, kann man sich getreu des Modul-Konzepts (siehe FREMO) mit Freunden, die gleichartige Ambitionen haben, treffen und eine größere Anlage aufbauen. Module ohne Gestaltung, die lediglich 4mm höher sein müssen (Höhe Korkgleisbett), sind sicher auch sinnvoll. Auf diesem Modul kann man für Experimentierzwecke die Gleise beliebig verlegen, man hat wieder die Möglichkeit des freien Zusammensteckens der Schienen. Und sicher werden auch Spezialmodule mit ganz spezieller Gleisanordnung entstehen, die der Nutzer für seine Anordnung gebraucht. Zur Erweiterung der Flexibilität ist es sinnvoll weitere Module zu entwerfen, z.B. könnte der Viertelmodul in der Länge nochmals reduzieren werden, z.B. auf Dreiviertel, die Hälfte und auf ein Viertel. Folgende Anordnung würden diese Module gebrauchen:

Das Wechseln der Richtung des Bogens ist möglich, verschiebt aber das Modul um die Breite eines Viertelmoduls (siehe oben). Genau ein Viertel des Viertelmoduls wird also gebraucht, um wieder das Rastermaß herzustellen. Das folgende Halbmodul mit zwei Gleisen braucht zur elektrischen Verbindung auch zwei Anschlüsse (2 Buchsen und 2 Leitungen mit Stecker). Diese Problematik war oben schon erschienen, es wurde auch bereits testweise ein kleines Brückenmodul gebaut, es wird demnächst vorgestellt. Der Plan oben hat ein elektrisches Problem, es ist eine Schleife entstanden, diese bedarf besonderer Steuerungen, diese wurde bisher nicht vorgesehen. Ein Problem gibt es bei 2-gleisigen Anordnungen. Prinzipiell kann auf den Grundmodulen noch ein weiteres Gleis angeordnet werden, z.B. der Bogen R3, dann würde der Gleisabstand von etwa 62mm entstehen. Als Geradenstücken können nur Halbmodule verwendet werden, da auf den Viertelmodulen der Platz nicht mehr reicht. Probleme gibt es bei Gegenbögen. Die Module müssen um 62mm weiter verschoben werden, das Rastermaß wird nicht mehr eingehalten. Will man es dennoch so machen, muss ein spezielles Modul mit einer Länge von 218mm erstellt werden (bzw. andere mit der Differenz von 62mm). Folgende Anordnung wäre möglich:

Als Abzweigung ist nur eine eingleisige Variante vom äußeren Bogen möglich. Werden die Geradenstücken gedreht, passen sie ebenfalls nicht mehr ins Rastermaß. Das eigentliche Ziel der Modulgestaltung war eine eingleisige Strecke, eine zweigleisige ist möglich, passt aber nur bedingt ins Raster. Das oben genannte Problem der nur Sequentiellen Nutzung der einzelnen Adressen auf den Modulen ist vorhanden, muss aber nicht generell als negativ gewertet werden. Man braucht also, wenn man Fahrstraßen steuern will (Umschaltung mehrerer Weichen) eine Elektronik, die die Anforderung in einen sequentiellen Ablauf wandelt. Das ideale Gerät ist an dieser Stelle der Computer. Er kann ohnehin nur nacheinander Aktionen auslösen, die Weichen einer Fahrstraße würden generell nacheinander angesteuert werden. Der Ausgang des Rechners würde direkt auf den 8Bit Multiplexer Bus zugreifen. Steuert man nun auch noch den Antrieb der Fahrzeuge, ist ein automatischer Fahrbetrieb möglich. Weitere Informationen zur Steuerung mittels Rechner sind in dem Teil Computersteuerungen für Modellbahnen zu finden. Und es gibt gegenüber den genannten Problemen und Nachteilen auch Vorteile:

www.modellbahn-online.de/index.php?id=3modulebauen

Eine Modellbahn modular zu bauen hat viele Vorteile gegenüber einer Festanlage.

• Die modulare Anlage bleibt mobil, sodass die einzelnen Module bei einem Umzug oder dergleichen einfach transportiert werden können.

• Man kann sich bei einer Modulanlage Schritt für Schritt voranarbeiten. Bei Modulen kann man ein Teilstück unabhängig von weiteren Teilstücken planen, bauen und bespielen. Das nächste Teilstück entsteht erst dann, wenn Zeit, Bedarf, Geld beziehungsweise Platz da ist.

• Module bieten Leuten, die nicht unbedingt mit einem üppigen Modellbahnkeller ausgestattet sind die Möglichkeit, ab und zu eine richtige Anlage aufzubauen ohne gleich den Rest der Familie in die Ferien schicken zu müssen.

• Schließlich bietet eine Modulanlage dem Erbauer die Möglichkeit, sich nach Bedarf mit Gleichgesinnten zu treffen und gemeinsam vorbildorientierten Betrieb zu machen.

• Bei einem Heimaufbau lassen sich im gewissen Rahmen variable Aufbauten realisieren, was auch zusätzliche Abwechslung schafft. Auch können zum Beispiel vorhandene „einfache“ Streckenmodule später noch durch ein Modul mit einem Industrieanschluss o. ä. ersetzt werden.