Onafhankelijke analoge treinbesturing

Voorwoord

Sinds de komst van de digitalisering zijn we gewend geraakt aan een aantal eigenschappen hiervan. Wanneer we een analoge baan, al dan niet met historisch materieel, willen aanleggen, zullen we deze eigenschappen willen introduceren. Belangrijke zaken als onafhankelijke treinbesturing, langzaam optrekken en afremmen en continue wagonverlichting zullen we moeten realiseren. Daarnaast zijn er ook zaken die in ieder geval vergelijkbaar moeten zijn met de huidige digitale situatie, zoals beveiliging en bedieningsgemak. Enkele zaken die we niet gaan bereiken zijn geluiden van de locomotieven en het continue branden van de frontlichten. De oude Märklin locs op de klassieke M-rails maken hun eigen geluid en voor de continue locomotiefverlichting is een weliswaar eenvoudige, doch ongewenste ombouw nodig.

Waar gaan we starten?

We beginnen met de onafhankelijke treinbesturing. Anders gezegd: met meer dan één trein rijden, waarvan we de snelheid per trein kunnen regelen. Omdat we geen idee heb waar het gemiddelde niveau van de analoog rijder ligt, laat staan die van elke individuele, bied wij , bij voorbaat, onze excuses aan als we u ‘gesneden koek’ presenteren.

Het ovaal

In wezen is, wat wij in de modelbaan wereld een ovaal noemen, een figuur, opgebouwd uit twee halve cirkels, verbonden door twee evenwijdige rechten. Voor de taalpuriteinen (of taalpuristen) onder ons noemen we dat dus gewoon een ovaal, omdat dit jargon is. En dan mag het.

Bijna iedereen kent deze baan vanuit zijn startset. De bruine en de rode draad sluiten we aan op de transformator en we kunnen rijden. We kunnen nu met één trein gaan rijden. Afhankelijk van onze fantasie en het type trein is onze aandacht al snel weg en kan de set naar zolder.

Blokken

Om dat moment nog even uit te stellen gaan we dit ovaal aanpassen voor een tweede trein. Wij doen dat met zogenaamde blokken. Een blok is een baanvak waar maar één trein op aanwezig mag zijn. Om dit te bereiken staat voor ieder blok een sein. Dat sein straalt groen licht uit als het baanvak vrij is en rood als deze bezet is. Er is ook nog zoiets als oranje (in Nederland) of een voorsein, die aangeeft dat er een bezet blok verwacht wordt (Duitsland). Maar het gaat nu niet over seinen en we hebben slechts een ovaal, dus beperkt ik me tot een praktische beveiliging voor onze huidige situatie: rood of groen.

Er is altijd ten minste één blok meer dan het aantal treinen, om de boel aan het rijden te krijgen. Dus voor twee treinen, drie blokken:

De blokken geven we aan met B1, B2 en B3. Het bijbehorende sein vóór de blokken met S1, S2 en S3. De schakelrails die de seinen rood en groen zetten met respectievelijk s1a, s2a en s3a en s1b, s2b en s3b.

In de diverse seinboeken van Märklin is dit ook te lezen. Het lijkt misschien al ingewikkeld, maar dit is nog maar het begin. Zorg ervoor dat je snapt hoe de aansluitingen werken en waarom er drie blokken nodig zijn.

Voordat we laten zien hoe we twee treinen onafhankelijk kunnen besturen, moeten we echter een klassiek probleem oplossen, die al eerder besproken is op dit forum en ook staat vermeld in het seinboek. Märklin seinboek 0340 Wanneer een trein een sein groen zet (schakelrail s1b), gaat de trein bij sein S1 rijden. Nadat de vertrekkende trein sein S1 op rood zet (schakelrail s1a), kan het zijn dat een tweede sleper van de eerste trein sein S1 weer groen zet. Zo kan het gebeuren dat er zich in blok B1 een trein bevindt, terwijl het voorliggende sein (S1) op groen staat. We zullen moeten voorkomen dat het sein twee maal op groen gezet wordt. Dat doen we door tussen schakelrails s1b een relais te plaatsen, die door schakelrail s1a wordt aangezet en door een extra schakelrail s1c wordt uitgezet.

Zo, nu zijn de blokken afdoende beveiligd en kunnen we veilig twee treinen laten rijden. Als we dat doen, zien dan het volgende fenomeen: één trein blijft continue rijden (de traagste) en de andere zal bij ieder sein even stilstaan (de snelle jongen). Dat ziet er natuurlijk niet uit. Wat we willen is dat we vrijwel permanent twee treinen hebben rijden, op een zelfde snelheid.

Onafhankelijke treinbesturing

Doordat we de baan in blokken hebben verdeeld, kunnen we delen van de baan apart voeden. Omdat het wisselen bij schakelrail s1a geschiedt, zal het traject van blok B3 nog even door moeten lopen tot na de schakelrail, op de plaats van het zwarte dwarsstreepje. Dit traject ligt na de stopsectie en zal apart gevoed moeten worden. De positie van de blokscheiding hangt af van de snelheid van de trein en de afstand van schakelrail s1a.

Tussen de voeding van ieder blok plaatsen we een relais. We introduceren een tweede trafo (T2) en sluiten de rode draad aan op de relais R1t, R2t en R3t. Hetzelfde doen we met trafo T1.

De stand van de relais R1t, R2t en R3t zorgt ervoor dat de juiste trafo het bijbehorende blok voedt. De stand wordt bepaald door de stand van het relais van het voorgaande blok. Zo wordt permanent dezelfde stand van het relais doorgeven aan het blok, waar de corresponderende trein zich bevindt. Schakelrail s1a schakelt nu niet alleen sein S1 (rood) en relais R1s (aan), maar ook relais R1t, die voor de juiste rijspanning zorgt in blok B1.

Nu kunnen we de snelheid van de twee treinen apart regelen en er zo voor zorgen dat beide treinen continue rijden. Ik heb uitsluitend Märklin producten gebruikt. Misschien kan het handiger of heb je tips. Reageer!

Hoe ik dit met twaalf treinen doe, komt nog wel. Eerst gaan we het langzaam afremmen en optrekken behandelen.

Vragen gesteld door forumleden tot dusver:

• Relais 7045.
  • Welke draden schakelen het relais ?
  • Welke draden worden er geschakeld ?
• Eigenlijk geldt het zelfde voor 7245.
  • Is hier de universele schakelaar/relais 7244 bedoeld?

• Antwoord: Er worden geen symbolen gebruikt, maar een soort schematisch bovenaanzicht.

Voor de 7045 (universeel schakelrelais met het beroemde grijze kastje) betekent dit dat de getekende draden overeenkomen met de draden uit het echte relais. De gele spreekt voor zich. De twee blauwe zijn de zgn. schakeldraden om het relais om te schakelen. Bij de derde blauwe (ik schakel immers massa) zie je een klein stukje rood getekend. Dit is de rode draad uit het relais. Deze draad is de geschakelde en wordt verbonden met één van de twee bussen aan de zijkant. Ik gebruik het relais als aan/uit en gebruik dus maar één bus. Dit is de blauwe lijn vanuit de korte zijde.

De 7245 (universeel schakelrelais met het platte zwarte kastje, eenmaal om, twee maal aan/uit) is niet de 7244 (vier maal om). Je kan overigens wel de 7244 gebruiken. De getekende aansluitingen komen ook hier overeen met de echte. Aan één lange kant komen drie draden: geel (spreekt weer voor zich) en twee blauwe. De linker blauwe schakelt het relais uit (twee maal twee klemmen rechts) en verbindt bij de omschakelaar de middelste met de linker klem. (drie klemmen links) De rechter blauwe schakelt aan en om.

Het afremmen en optrekken van de treinen

Velen onder ons kunnen zich de tijd nog herinneren dat je vrienden en familie versteld kon doen staan als je een trein bij een rood sein automatisch stopte. Daar hoef je nu in dit digitale tijdperk niet meer mee aan te komen. Reacties als “Hij staat wel erg snel stil” is wat we tegenwoordig kunnen verwachten. Omdat niet iedereen zijn baan wil digitaliseren willen we hier een methode beschrijven om op ‘eenvoudige’ wijze het langzaam afremmen en optrekken te kunnen realiseren, met uitsluitend Märklin artikelen van vóór 1975, gecombineerd met mijn universele dubbele diodematrix, zoals elders op dit forum is beschreven. In deze theoretische verhandeling kunnen we natuurlijk niet laten zien wat het effect is, maar na tests kunnen we iedereen verzekeren dat het verbluffend realistisch is. (boven verwachting, zogezegd)

We beginnen met eens in te zoomen op het onderstaand schema. Ten opzichte van het eerdere schema zijn een paar kleine aanpassingen gemaakt: een paar stekers aan de blauwe draden zijn nu groen i.p.v. rood en de blok- en ralaisnummers zijn beter op elkaar afgestemd. Het komende onderwerp refereert aan dit schema:

Omdat een rem- en vertrektraject nogal wat ruimte inneemt, zal het ovaal flink vergroot moeten worden. De blokken zijn dan ook veel langer, maar dat kunt u zich wel voorstellen. Het deel van het sein, volgend op Blok 1 van het schema ziet er dan als volgt uit:

In tegenstelling tot wat gebruikelijk is, namelijk een blok te beginnen met een sein, sluit ik een blok af met een sein. Voor de werking en beveiliging heeft dit geen effect, maar deze oplossing is nodig i.v.m. de voeding van de diverse baanstukken. We zien een deel van Blok 1 met ongeveer één meter na het sein de overgang naar Blok 2. Wanneer we ook de onafhankelijke treinbesturing (twee treinen) implementeren krijgen we het onderstaande beeld:

Dit is de basis van waaruit we gaan werken. Vóór we gaan beginnen bepalen we eerst hoe lang de rem- en optrektrajecten moeten worden. In het voorbeeld zijn beiden ongeveer een meter. Hoe langer hoe beter zou ik willen zeggen, maar we zijn vaak beperkt door de totale lengte van een blok. Om aan te geven waar de trajecten beginnen en eindigen plaats ik vast een maar schakelrails, die we later nodig zullen hebben. Twee schakelrails vlak voor het remtraject en één schakelrail na het optrektraject. Het eind van het optrektraject valt samen met het eind van het blok, derhalve ligt de schakelrail dus in het volgende blok.

Tevens plaats ik vast twee stuks universele dubbele diodematrices, waarmee we de rijspanning gaan regelen, zodat de trein rustig stopt en weer langzaam zal optrekken.

De werking van de universele dubbele diodematrix.

Als we de universele dubbele diodematrix gebruiken als spanningsregelaar, moeten we de groene uitgangen paarsgewijs verbinden om een antiparallelle opstelling van de diodes te creëren. Om meer spanningsreductiestappen te realiseren, verbinden we ook de blauwe aansluitingen paarsgewijs, doch één aansluiting verschoven ten opzichte van de groene paren. We beginnen met het aansluiten van de baanspanning op de matrix:

Vanaf nu geef ik de snelheid aan door de mate waarin ik de rijspanning reduceer. Een ‘1’ geeft de spanning aan, zoals die door de trafo is ingesteld. Een ‘2’ betekent dat de rijstroom door één paar diodes gevoerd wordt. En zo verder. Dus: hoe hoger het nummer, hoe langzamer de trein zal rijden. Deze snelheidsaanduidingen staan bij de aansluitingen en in het baanvak boven. (de groene ‘3’) Op het baanvak zijn ook de diverse baanstukken aangegeven, waarin de spanning stapsgewijs af zal moeten nemen, respectievelijk toe zal moeten nemen. De overgangen zijn aangegeven met een zwart dwarsstreepje. Op deze overgangen zal de middenrail geïsoleerd moeten worden.

Stijgen en dalen

Het deel van het blok waar de trein op volle snelheid mag rijden is verbonden met aansluiting ‘3’. (dus door 2 paar diodes) Dit noem ik de nominale snelheid. Om deze snelheid ook op een stijgend traject te kunnen vasthouden heb ik de mogelijkheid op een baanstuk te verbinden met aansluiting ‘2’. Wanneer we dalen sluiten we het baanstuk aan op ‘4’. Dit betreft de rechte trajecten. In bogen reduceren we de snelheid met één punt. Dus voor dalen in een boog kiezen we aansluiting ‘5’. Deze aansluiting wordt ook gebruikt voor wisselstraten. Aansluiting ‘6’ is voor de snelheid bij het binnenrijden van een station, voor dat het remmen voor rood is ingezet. Behandeld heb ik de aansluitingen die nu reeds van een nummer zijn voorzien. Het betreft hier dus statische waarden. Een wisselstraat of helling springt immers niet op groen. Om dynamische snelheidsregeling te maken, zoals in dit hoofdstuk bij de seinen verbinden we aansluiting ‘3’ met een verderop gelegen aansluiting en ontstaat het volgende situatie:

Hebben we eerder gezien dat het linker deel de matrix van ‘1’ tot en met ‘6’ loopt, heeft het gedeelte dat we voor het rem- en optrektraject gebruiken een bereik van ‘3’ tot en met ‘9’. De extra lage snelheden hebben we nodig om de trein tot stilstand te brengen.

Het gedrag van analoge locomotieven bij lage snelheid

Natuurlijk klagen ‘analogen’ over het abrupt stoppen van treinen bij een rood sein. Maar zo abrupt is dit niet. Weliswaar stop de trein vaak binnen 20 cm, maar dit gaat toch vrijwel gelijkmatig. Wanneer een trein echt langzaam rijdt, stopt deze met een schok. Je kan dit zien en horen als je er een sleep aan hangt. De wagons klappen als het ware om elkaar. Omdat we door het (gecontroleerd) vertragen met een zeer lage snelheid bij het spanningsloze gedeelte aankomen, zal dit effect dus optreden. Het stoppen gaat dan dus eigenlijk slechter dan wanneer we met volle snelheid aankomen. We staan dan in ons achteruit, figuurlijk dan, en zullen voor een ‘zachte landing’ moeten zorgen.

De oplossing

Wanneer we na het remmen de trein een lichte spanning geven, te laag om te WEG te rijden, maar voldoende om net DOOR te rijden, is het schokeffect verdwenen. Hiervoor is de ‘9’ op de rechter matrix. Een normale ‘9’, volgend op ‘8’ zou de aansluiting rechtsonder op de linker matrix zijn, maar daar staat te veel spanning op om de schok te voorkomen. De stroom om aansluiting ‘9’ op de rechter matrix gaat door slechts één diode en heeft al een lage spanning van ‘7’. Ik weet niet hoe je dit anders moet omschrijven, maar het heeft praktisch het juiste resultaat. Deze zeer, zeer lage spanning komt op een kort stukje rails, niet langer dan de lengte van een sleepcontact. Wanneer het sein op groen springt, zal dat de trein daardoor weer kunnen vertrekken.

Na deze uitleg kunnen we over gaan tot het aansluiten van de diverse baanstukken:

Let op het korte stukje voor het spanningsloze gedeelte met snelheid ‘9’.

Dit is de eerste stap naar een realistisch rijgedrag. Er is nog een aantal problemen op te lossen, maar dat komt later.

Verdere vragen tot dusver:

• Wat zijn de verwachte rijspanningen en kunnen deze alvast in het schema bij de betreffende railsegmenten gezet worden ?

Antw.: Op de laatste afbeelding staan groene cijfers bij de railsegmenten. Deze geven de spanning weer, zoals beschreven. De exacte spanning is afhankelijk van de stand van de trafo en vind ik niet echt relevant. Volgens mij geeft een antiparallelle geschakeld diodepaar een spanningsval van 0,7 volt. Als de '1' overeenkomt met 16 V, dan is '2' 15,3 V, '3' 14,6 V etc. Alleen de '9' wijkt dan af en is 'heel heel weinig' V.

---

hier volgen nog enkele aanvullingen n.a.v."opmerkingen "lezers".

Het op snelheid passeren van een groen sein

We gaan verder waar we gebleven waren. Het volgende schema is gelijk aan de laatste van de vorige sessie, met enkele kleine mutaties in de bedrading van de rechter matrix. Ook is er een gereserveerde schakelrail vervallen:

Twee circuits

Door gebruik van de dubbele diodematrix remmen de treinen keurig af en rijden ook langzaam weg. Echter doen ze dat als het sein rood staat, maar ook bij groen. Aan de rechterzijde van de rechtermatrix is met paars een tweede circuit gecreëerd. De aansluitingen zullen de baanstukken gaan voeden. We zullen straks zien hoe beide circuits geïntegreerd gaan worden.

Verschillende situaties, verschillende snelheden

Wanneer het sein groen staat mag de trein volle snelheid doorrijden. Dit realiseren we met een relais 7045, die we als enkelvoudige maakschakelaar gebruiken. Wanneer de schakelaar aan staat zorgt de verbinding voor een hogere spanning op de uitgangen van de linker matrix. Het relais wordt geschakeld (sr1a) vóór de trein aan het remtraject begint, maar alleen als het sein op groen staat. Door het relais standaard aan te zetten keren we de situatie om: alleen als het sein op rood staat, zetten we de gereduceerde spanning op het traject en anders doen we niets, staat het relais dus aan en heeft het traject de hogere spanning. Wanneer we het relais standaard uit hebben staan en schakelen als het sein groen staat, doet zich een ongewenst verschijnsel voor: wanneer de trein op het remtraject rijdt en het sein springt op groen zal de trein direct volle snelheid gaat rijden, wanneer een trein een tweede sleper heeft. Het alternatief zou zijn om ook dit relais, net als het sein, te voorzien van een beveiligingsrelais, die er voor zorgt dat de schakelrail maar één keer een puls kan geven. Zo sparen we dus per blok een relais uit. De trein zal nu eerst helemaal afremmen tot aan het sein en daarna weer optrekken, ook al wordt het sein al in de eerste fase van het remmen op groen gezet.

Schakelen over geel

Het afhankelijk van de kleur van het sein schakelen van het relais, regelen we door de gele draad op de rode bus op het sein, welke normaliter gebruikt wordt voor het voorsein, aan te sluiten. In dit geval wordt het relais dus zowel over massa (schakelrail) als over de fase, de gele draad, geschakeld (via het sein).

Om het relais weer op de beginstand te zetten, gebruiken we een schakelrail aan het begin van het volgende blok (sr1b):

De rechter matrix (2e circuit) wordt via het relais gevoed door de paarse draad. Wanneer het relais verbinding maakt zijn de uitgangsspanningen op de aansluitingen van de rechter matrix, zoals is aangegeven.

Het integreren van de circuits

Door de gewenste uitgangsspanningen met elkaar te verbinden, voeden we via beide circuits dezelfde baanstukken. Belangrijk is hier, dat door het verbinden de juiste spanning op ieder baanstuk staat en dat niet een te hoge spanning wordt doorgegeven. Dit is even puzzelen, maar dat heb ik voor jullie reeds gedaan.

Hier geven de paarse draden de juiste aansluiting weer, waardoor we langs de rails een tweede reeks cijfers zien, die de snelheid aangeeft, wanneer het sein groen is. Merk op dat een groen sein alleen door de eigen sleper op rood gezet kan worden (s1a) en dat de snelheid hoog blijft, ook al staat het sein rood. Het rode, door het sein geschakelde baanstuk schakelt wel uit, als het sein op rood springt. Vervelend als een achteropkomende sleper voor binnenverlichting zorgt. De volgende keer laat ik zien hoe dit te voorkomen. Sterker nog, ik zal laten zien hoe, onafhankelijk van de kleur van het sein, de binnenverlichting min of meer gelijkmatig blijft branden.

Tot dan…

Praktijk ervaringen van "bouwers"

Naschrift van de wikiredactie: In Forum Topic geven een paar forumleden aan de beschreven analoge treinbesturing te gaan bouwen. Rob, de auteur van dit artikel, geeft hierboven al aan benieuwd te zijn naar hun bouw-ervaringen. (inmiddels zijn er meer belangstellenden vermoeden wij.) Wij vragen degenen met verdere ervaringen dit in het betreffende forumdraadje te willen plaatsen en/of in overleg met de redactie hier in dit artikel. Uiteraard alvast met dank van alle belangstellenden. Hieronder is nog een paar meter ruimte om dit te doen ev. óók met wat afbeeldingen.

---