Im Bahnhof Grünberg mit seinen beiden mechanischen Stellwerken sollen neben und zwischen den Gleisen auch die Drahtzugleitungen zu den Weichen, Gleissperren und Signalen nachgebildet werden. Die dafür benötigten Bauteile werden zwar von einigen Herstellern angeboten, bei der benötigten Menge würde das aber eine relativ kostspielige Angelegenheit. Da inzwischen ein 3D-Drucker zur Verfügung steht, habe ich die einzelnen Bestandteile der mechanischen Betätigungen in Fusion360 konstruiert, basierend auf den Zeichnungen von Stefan Carstens in den Büchern zu „mechanischen Stellwerken“. Zuletzt hatte ich die Antriebskästen für die einfachen Weichen und DKWs gezeichnet.
Antriebskästen für Weichen
Damit stehen nun eigentlich alle nötigen Komponenten der unterirdisch geführten Drahtzugleitungen zur Verfügung.
Blechkanäle & Co.
Sobald der 3D-Drucker in Betrieb genommen wurde, werden die Prototypen der Bauteile gedruckt und probeweise auf den Bahnhofsmodulen ausgelegt.
Im Beitrag 24. Dezember 2021 – Blockvorbereitungen wurde über die ersten Schritte bei der Integration des Streckenblocks in das Stellwerk des Bahnhofs Grünberg berichtet. Für die Realisierung der Bedienoberfläche des Felderblocks wurde damals noch ein Panel-Decoder eingesetzt, der die LEDs der Blockfelder ansteuert und die Tastendrücke auswertet. Damit ist der Decoder bei weitem nicht ausgelastet und man hat einen unschönen Aufwand für die Verkabelung. Schon damals war klar, dass da etwas besseres her musste.
DKap, von dem ja auch die LN2Block-Platinen stammen, hatte die Idee, die für den Felderblock benötigten Taster und LEDs zusammen mit einem Arduino Nano und einem LocoNet-Interface auf einer Platine zu integrieren. So hat man alle benötigten Komponenten zusammen und die LEDs und Taster sitzen automatisch an der richtigen Position, ohne dass man sich Gedanken über die Verkabelung machen muss. Aus unserer Sicht eine sehr schöne Lösung!
Inzwischen wurden die ersten Prototypen der Platine gefertigt und bestückt. Leider wurden dabei noch ein paar Fehler entdeckt, aber die wesentliche Funktion kann zumindest schon mal getestet werden. Damit die Platine nicht nackt auf dem Schreibtisch liegt, musste noch ein passendes Gehäuse her. Langfristig soll dafür eine kleine Box aus gelasertem HDF zum Einsatz kommen, die schnell hergestellt werden kann und auch stabil genug für den Treffenalltag ist. Für den testweisen Aufbau hier ließ sich aber ein 3D-gedrucktes Gehäuse einfacher und schneller realisieren. Die Einzelteile des Gehäuses sieht man im folgenden Bild. Eine Rückwand ist (noch) nicht vorhanden.
Einzelteile Felderblock-Bedienteil
Zusammengebaut sieht das Ganze dann so aus: Der Draht als Achse für die Hebel muss noch passend gekürzt werden auch die Kurbel ist noch nicht konstruiert.
Felderblock-Bedienteil
Die Anzeigen der Felder sollen einen Farbwechsel von weiß nach rot durchführen können. Eine mechanische Lösung, z.B. mit einem Servo, wäre mit Sicherheit am vorbildgerechtesten. Wir haben uns jedoch dagegen entschieden, da wir bei einer so filigranen Mechanik befürchten, dass sie im Treffenalltag nicht zuverlässig genug funktioniert. Auch die Kosten spielen eine Rolle, da das gleiche Bedienfeld auch für den später geplanten Bahnhofsblock zum Einsatz kommen soll. Da kommen schnell einige Felder zusammen. Wir haben uns deswegen für eine einfachere Variante mit LEDs entschieden. Dabei kommen auch nicht zwei LEDs (weiß und rot) zum Einsatz, sondern nur eine einzelne rote LED und eine weiße Diffusor-Scheibe. Wenn die LED aus ist, ist die Scheibe weiß. Ist die LED angeschaltet, leuchtet die Scheibe rot. Eine einfache Lösung, die aber doch ihre Funktion erfüllt.
Beleuchtete Felder
Zusätzlich zu den LEDs sind am oberen Rand der Platine noch Taster für die Betätigung der Felder integriert. Auch ein Drehgeber ist integriert, mit dem die Funktion der Kurbel imitiert werden kann. Für zusätzliche Melder und Schalter sind Anschlüsse auf der Platine vorgesehen. Über eine Erweiterungsplatine können noch Fahrstraßenhebel in Form von Kippschaltern hinzugefügt werden. Mit LEDs kann signalisiert werden, ob der Schalter aktuell betätigt werden darf oder nicht. Somit sind zum Aufbau eines vollständigen mechanischen Stellwerks nur noch die Weichen- und Signalhebel notwendig.
Da wir unseren Bahnhof vollständig mit Loconet steuern, haben wir uns aber dafür entschieden, die LN2Block-Implementierung von DKap einzusetzen. Es handelt sich dabei um eine Zusatzplatine für einen Arduino Nano, die sich um die Anbindung der elektronischen Block-Schnittstelle (9-polige Buchse) an das Loconet kümmert. Zusätzlich hat die Platine noch einen Anschluss für einen Gleiskontakt, ein Schlüsselinterface und ein kleines Display zur Zustandsüberwachung. Die Umsetzung des Kommunikationsprotokolls für die elektronische Block-Schnittstelle und die Kommunikation im Loconet erfolgt durch ein Programm auf dem Arduino.
Für den Bahnhof Grünberg haben wir für jede Richtung eine solche LN2Block-Platine vorgesehen, auch für den Abzweig nach Lollar, bei dem das im Original nicht der Fall war. Man weiß ja nie, welche Strecken im FREMO-Betrieb da angeschlossen werden.
Dreimal LN2Block für die drei Strecken in Grünberg
Die LN2Block-Platine stellt keine Bedienoberfläche zur Verfügung. Diese muss extern bereitgestellt werden, wie zum Beispiel durch die Integration in ein Spurplanstellwerk. Für unseren Bahnhof Grünberg mit seinem mechanischen Stellwerk soll Felderblock zum Einsatz kommen. In diesem Bereich gibt es aktuell gerade einige sehr interessante Implementierungsansätze von möglichst realistischen Varianten mit feinen Hebeln und durch Servos beweglichen Feldern bis zu einfacheren Varianten mit Tastern und LEDs. Um einen robusten und einfachen Aufbau realisieren zu können, der hoffentlich auch den rauen FREMO-Betrieb überlebt, haben wir uns für letztere Variante entschieden.
Im folgenden Bild ist ein primitiver Prototyp für die Bedienoberfläche zu sehen, mit dem erstmal nur die Funktion der Block-Anbindung des Bahnhofs getestet werden soll. Parallel dazu laufen Arbeiten, alle LEDs, Taster und das Loconet-Interface auf einer Platine zu integrieren. Das reduziert den Verkabelungsaufwand deutlich und sorgt dafür, dass sich alle Elemente immer gleich an der richtigen Position für den Einbau in ein Gehäuse befinden. Als Erweiterung wird es dann noch eine zweite Platine mit Fahrstraßenhebeln geben, so dass diese Platinen nicht nur für den Streckenblock, sondern auch für den als nächste Ausbaustufe zu realisierenden Bahnhofsblock verwendet werden können.
Bedienoberfläche FelderblockTemporäre Realisierung mit IO-Dekoder
Mit diesen Komponenten kann nun schon ein erster Test des Streckenblocks vorgenommen werden. Im folgenden Bild sieht man in der linken Hälfte die Bedienoberfläche des Felderblocks und die LN2Block-Platine für den Bahnhof Grünberg. Rechts ist eine Blockkiste mit einem Bahnhofssimulator zu sehen, die das Gegenstück des Streckenblocks bildet.
Testaufbau für den Streckenblock
Für die Integration in das Stellwerk muss dieses nun als Nächstes die passenden Botschaften zur Stellung der Signale über Loconet an die LN2Block-Platine schicken und umgekehrt auf die Botschaften der Platine reagieren, um die Bedienung der Ausfahrtsignale zu sperren oder freizugeben. Dies ist nun der nächste Schritt.
Vor dem ersten Betriebseinsatz des Bahnhofs Grünberg war es unser Ziel, den Bahnhof einmal mit angeschlossenen Schattenbahnhöfen aufzubauen, um ihn dort unter Betriebsbedingungen testen zu können. Die Hoffnung war, dabei Probleme und Kinderkrankheiten entdecken zu können, um diese vor einem „echten“ Einsatz ausmerzen zu können. Auch sollten dabei erste Erfahrungen zur Benutzung des Bahnhofs und zu den dafür benötigten Zeiten gesammelt werden. Aufgrund der Größe des Bahnhofs und der benötigten Schattenbahnhöfe schied ein privater Aufbau aus. Netterweise konnten die Freunde beim FREMO-Treffen in Hochdorf-Assenheim noch etwas Platz am Rand der Halle frei lassen, in dem wir unser Mini-Arrangement aufbauen konnten.
Überblick über das Arrangement in Hochdorf-Assenheim
So konnten wir das Treffen nutzen, um ausführlichen Testbetrieb zu machen. Während die Stellwerkssoftware einwandfrei funktioniert hat und nur noch Optimierungen am Verschlussplan vorgenommen werden müssen, macht die Elektronik etwas mehr Probleme. Es gab es immer wieder Weichen, die ohne Zutun des Stellwerkes umgestellt wurden. Hier sind wir noch auf der Fehlersuche. Trotzdem hat der Betrieb mit den provisorischen Stellpulten sehr viel Spaß gemacht. Der in der Halle vorhandene Bartresen erwies sich dabei als ideale Abstellfläche;-)
Provisorische Stellpulte in Aktion
Auch sonst wurde fleißig an Grünberg weitergearbeitet. So wurden die ersten Gleissperrsignale eingesetzt, die letzten Schienen eingebaut und natürlich kräftig Betrieb gemacht. Das Treffen war auch ein erster Test für neue Streckenmodule eines weiteren FREMO-Freundes. Die dort vorhandene Straße wurde natürlich auch ausgiebig getestet!
Neue Streckenmodule mit Straße
Alles in Allem war es ein sehr schönes, produktives und manchmal auch lustiges Treffen, das Grünberg einen großen Schritt weiter zum ersten Treffeneinsatz gebracht hat. Anbei noch ein paar Eindrücke von unseren Arbeiten:
Zur Steuerung des Bahnhofs Grünberg kommen ausschließlich Komponenten mit LocoNet-Interface zum Einsatz. Dies vereinfacht die Verkabelung und Entwicklung des Stellwerks doch deutlich, da einfach alle Teile direkt miteinander kommunizieren können.
Für die Entwicklung des Stellwerks ist es sehr hilfreich, wenn man nicht immer darauf angewiesen ist, dass alle Module des Bahnhofs zur Verfügung stehen. Schließlich können sie immer nur an einem Ort stehen, was bedeuten würde, dass auch immer nur eine Person daran arbeiten kann, wenn nicht gerade alle zu einem Basteltreffen zusammenkommen.
Wir haben uns deswegen mit Rocrail (https://wiki.rocrail.net/doku.php?id=german) ein Abbild des Bahnhofs und des Stellpults aufgebaut. Der Rechner wird dann mit einem Loconet-Interface mit den anderen Komponenten verbunden. So können für das Stellwerk eventuell nicht vorhandene Stellpulte oder ein fehlender Bahnhof simuliert werden.
Bahnhofssimulator mit Rocrail
Für die Anbindung des Loconet an den Rechner könnte eines der vielen LN-Buffer-Interfaces verwendet werden. Diese haben jedoch üblicherweise den Nachteil, dass sie nur exklusiv von einem einzigen Programm genutzt werden können. Wenn also Rocrail damit angebunden ist, ist es zum Beispiel nicht möglich, parallel dazu die Einstellungen der Decoder mit JMRI zu verändern. Hier bietet sich als Lösung ein Loc0net2Ethernet-Buffer an.
LoconetEther-Buffer
Dieser setzt die Pakete des Loconet in Ethernet-Pakete um, die in einem ganz normalen Computernetzwerk übertragen werden. Auf diese Pakete können dann mehrere Programme, die mit dem Datenformat umgehen können, zugreifen oder selbst Daten ins Loconet senden. Damit ist es möglich, mehrere Programme auf dem PC ans Loconet zu koppeln.
Die Hardware für den Buffer besteht aus drei Komponenten (im Bild unten von links nach rechts):
Einem Arduino, der die Umsetzung der Daten vom Loconet zum Ethernet und zurück vornimmt
Einem Ethernet-Shield, um den Arduino mit dem Ethernet zu verbinden
Einem Loconet-Shield, für die Anbindung ans Loconet
Ein paar zusätzlichen „stackable Headers“, um den nötigen Abstand über dem Ethernet-Shield zu bekommen
Komponenten für den LoconetEther-Buffer
Da bei diesem Aufbau die Schaltungen völlig ungeschützt sind, und auf einem üblichen Basteltisch alle möglichen metallischen Gegenstände rumliegen, die nur darauf warten, einen Kurzschluss zu machen, musste noch ein Gehäuse her.
Ein fertiges Gehäuse in passender Abmessung gab es keines, also war Selbstbau angesagt. Wenn schon ein 3D-Drucker im Haus vorhanden ist, bietet der sich natürlich dafür an, ein passendes Gehäuse aus Kunststoff damit zu drucken.
Praktischerweise gibt es da inzwischen eine überarbeitete Version des Ultimate Box Maker (https://www.thingiverse.com/thing:2938921), einem Script für die freie 3D-Modellierungssoftware OpenSCAD (https://openscad.org), mit dem durch Anpassen der Parameter maßgefertigte Gehäuse einschließlich Frontplatten erstellt werden können. Die generierten Dateien können dann mit einem 3D-Drucker ausgedruckt, ggf. koloriert und zusammengebaut werden. Das Ergebnis sieht dann so aus:
