Wie funktioniert der Automatikbetrieb auf einer Modellbahnanlage?

Begriffserklärungen zum Automatikbetrieb

Blöcke

Ein geordneter Betrieb mit einer Eisenbahn erfordert immer die Aufteilung der Gleise in Blöcke. Ein Block ist eine abstrakte Bezeichnung für ein Stück Gleis und hat eine bestimmte Länge. Im Modellbahnbereich beinhaltet ein Block nie eine Weiche und ein Zug muss immer komplett in einen Block passen (beim Vorbild trifft dies nicht immer zu).

Fahrstrassen

Eine Fahrstrasse ist ein theoretisches Konstrukt und bezeichnet den Gleisweg zwischen zwei Blöcken mit korrekt gestellten Weichen und Signalen. Sind alle Weichen korrekt gestellt können diese verriegelt werden und damit gegen eine weitere Verwendung durch einen anderen Zug geschützt werden. Eine gestellte und verriegelde Fahrstrasse kann auch als Fahrberechtigung für einen Zug von einem Block zum Nächsten angesehen werden. Hat der Zug die Fahrberechtigung wahrgenommen und ist im Zielblock angekommen, können die verriegelte Fahrstrasse und damit die verriegelten Weichen freigegeben werden. Erst jetzt können die Weichen durch die nächste Fahrstrasse gestellt und von einem nächsten Zug verwendet werden.

Grundvoraussetzungen des Automatikbetriebes

Für einen zuverlässigen Automatikbetrieb müssen folgende Voraussetzungen immer erfüllt sein:

Ein Block kann durch maximal einen Zug belegt sein.
Ein Zug kann nur von einem Block in einen nächsten Block fahren.
Der längste Zug darf höchstens so lange sein wie der kürzeste Block (PC-Steuerungen können diese Limite üblicherweise umgehen).
Eine Fahrstrasse kann nur gestellt werden, wenn sich im Zielblock kein Zug mehr befindet.
Eine Fahrstrasse kann nur gestellt werden, wenn dabei keine verriegelten Weichen benutzt werden.
Damit ein Zug fahren kann muss eine Fahrstrasse gestellt und verriegelt sein.

Funktionsweise des Blockbetriebes anhand von Beispielen

In den folgenden Beispielen gilt folgendes:

In einem weissen Block befindet sich kein Zug.
In einem gelben Block wird ein einfahrender Zug erwartet.
In einem roten Block befindet sich ein Zug.

Oval mit einem Zug

Im Einfachsten Fall existiert ein Gleisoval, welches in drei Böcke A, B und C unterteilt ist. In Block A steht ein Zug, die anderen Blöcke sind frei. Es existieren Fahrstrassen von Block A nach B, von B nach C und von C nach A.

Damit der Zug in Block A fahren kann, muss die Fahrstrasse A-B gestellt und verriegelt werden. Da wir keine Weichen haben werden auch keine gestellt. Ein (allfälliges) Signal am Block A wird auf Fahrt gestellt. Der Zug kann losfahren.

Angekommen in Block B wird das Signal in Block A geschlossen und die Fahrstrasse A-B wie auch Block A freigegeben.

Dasselbe wiederholt sich nun für den nächsten Block: Die Fahrstrasse B-C wird gestellt und verriegelt, das Signal in Block B geht auf Fahrt, der Zug fährt ab in Richtung Block C.

Ist der Zug im Block C angekommen, geht das Signal in Block B wieder auf geschlossen und die Fahrstrasse B-C und Block B werden freigegeben.

Und nochmals für den letzten Block: Die Fahrstrasse C-A wird gestellt und verriegelt, das Signal in Block C geht auf Fahrt, der Zug fährt in den Block D, das Signal in Block C geht wieder auf geschlossen und die Fahrstrasse C-A und Block C werden freigegeben. Damit wären wir wieder am Anfang und das Spiel beginnt von neuem.

Da ein Automatikbetrieb mit einem Zug in einem Oval nur bedingt Sinn macht erweitern wir unsere Anlage auf zwei Züge: Zug 1 steht in Block A und Zug 2 steht in Block B. Die Fahrstrasse A-B kann nicht gestellt werden, da sich bereits ein Zug in Block B befindet. Der Zug 1 muss also warten.

Die Fahrstrasse B-C kann gestellt und verriegelt werden, da sich kein Zug in Block C befindet. Das Signal in Block B zeigt Fahrt. Der Zug 2 fährt los. Angekommen in Block C geht das Signal in Block B auf geschlossen und die Fahrstrasse B-C und Block B werden freigegeben.

Oval mit zwei Zügen

Da der Block B nun freigegeben wurde kann die Fahrstrasse A-B gestellt werden und das Signal in Block A geht auf Fahrt. Zug 1 fährt los. In Block B angekommen wird das Signal in Block A geschlossen und die Fahrstrasse A-B und der Block A freigegeben.

Jetzt kürze ich etwas ab: Nun fährt Zug 2 von C nach A. Dann Zug 1 von B nach C. Dann Zug 2 von A nach B. Dann Zug 1 von C nach A. Und damit wären wir wieder bei der Ausgangslage.

Im genannten Beispiel mit Zwei Zügen und drei Blöcken sehen wir, dass ein Automatikbetrieb möglich ist. Es fährt aber jeweils immer nur ein Zug. Ein fahrender Zug (im Bild Zug 1) belegt immer zwei Blöcke: Denjenigen in dem er war (Block C) und denjenigen in den er fährt (Block A). Um einen Automatikbetrieb aufzubauen benötigen wir somit mindestens einen Block mehr als wir Züge haben.

Oval mit zwei fahrenden Zügen

Wenn wir möchten, dass alle Züge gleichzeitig fahren können, benötigen wir mehr Blöcke. Wir erweitern somit unsere Anlage mit einem Block D zwischen den Blöcken C und A. Somit haben wir eine Anlage mit den Blöcken A, B, C und D und den Zügen 1 (in Block A) und 2 (in Block B).

Zug 2 kann fahren, da Block C frei ist und die Fahrstrasse gestellt werden kann. Zug 1 muss noch warten, da Block B noch belegt ist.

Ist nun der Zug 2 in Block C angekommen, kann er weiterfahren, da ja Block D frei ist und die Fahrstrasse C-D gestellt werden kann. Auch Zug 1 kann nun fahren, da Block B frei ist und die Fahrstrasse A-B gestellt werden kann. Beide Züge fahren.

Zug 1 ist nun in Block B und Zug 2 in Block D angekommen. Nun können auch beide wieder weiterfahren, da Block A für den Zug 2 verfügbar ist und Block C für den Zug 1. Und so weiter, immer schön im Kreis.

Oval mit zweigleisigem Bahnhof

Nun möchten wir auf unserer Anlage aber auch noch einen Bahnhof, sonst ist es ja langweilig. Wir machen deshalb aus dem Block A einen zweigleisigen Bahnhof mit Block A1 und Block A2. Da befinden sich auch unsere Züge 1 und 2. Zwischen den Blöcken A1, A2 und B befindet sich die Weiche 1 und zwischen D, A1 und A2 die Weiche 2. Zug 1 darf fahren, Block B wird reserviert und die Fahrstrasse A1-B und damit die Weiche 1 gestellt und verriegelt. Zug 2 muss warten, da der Block B besetzt ist.

Der Zug 1 fährt nun in Block B und gleich weiter in Block C.

Sobald der Zug 1 in Block C angekommen ist wird die Fahrstrasse A2-B und damit die Weiche 1 gestellt. Nun kann Zug 2 in den Block B fahren. Block A2 wird anschliessend freigegeben.

Inzwischen ist unser Zug 1 in Block D angekommen. Nun gibt es zwei Varianten: Er kann in Block A1 oder auch Block A2 fahren. Ich wähle nun mal Block A1. Die Fahrstrasse D-A1 und damit die Weiche 2 wird gestellt und der Zug fährt los. Dort hällt er an, es ist ja schliesslich ein Bahnhof.

Der Zug 2 ist nun auch via Block C im Block D angekommen. Nun steht im Bahnhof nur noch Block A2 zur Verfügung. Fahrstrasse D-A2 mit Weiche 2 wird gestellt. Also fährt Zug 2 in Block A2 ein, und wir sind wieder bei der Ausgangslage.

Verhältnis von Blöcken und Zügen

Damit ein Blockbetrieb überhaupt möglich ist muss mindestens ein Block mehr auf der Anlage vorhanden sein als Züge vorhanden sind. Dann ist aber immer nur ein einziger Zug unterwegs, denn ein fahrender Zug belegt zwei Blöcke.

Theoretisch könnten mit doppelt so vielen Blöcken wie Zügen alle Züge gleichzietig fahren. Das ist aber nur dann möglich, wenn alle Blöcke gleich lang und alle Züge gleich schnell sind. In der Praxis zeigt sich, dass ein Verhältnis von 2.5 bis 3 Blöcke pro Zug nötig sind um einen flüssigen Betrieb zu erhalten.

Zugsicherung beim Vorbild

Die Zugsicherung ist beim Vorbild weitgehend identisch aufgebaut. Folgende Abweichungen gibt es:

Die Züge passen u.U. nicht komplett in einen Block und belegen damit mehr als einen Block, auch wenn sie vor einem Lichtsignal stehen (Regelmässig zu sehen z.B. in Zürich-Altstetten bei langen Güterzügen auf Gleis 5). Je dicher eine Strecke befahren ist, desto kleiner sind die Blöcke. Das wird so weit praktiziert, dass jede Weiche einen eigenen Block repräsentiert. Ist ein Zug über eine Weiche hinweggefahren, wird der Block bereits für einen nächsten Zug freigegeben.
Beim neuen Zugsicherungsystem ETCS Level 3 sind die Blöcke nicht mehr fest an ein Stück Gleis gebunden, sondern sind "fliessend". Dicht befahrene Strecken können so besser ausgelastet werden.

Automatikbetrieb auf der analogen Modellbahn

Auf der analogen Modellbahn haben wir die Einschränkung, dass wir einen Zug nicht individuell in der Geschwindigkeit steuern können. Man muss sich deshalb der Krücke behelfen, dass das Ende eines Blockes stromlos schaltet wird, sofern der Zug (noch) nicht weiterfahren darf. Man behilft sich auch oft der Vereinfachung, dass jeweils der verlassene Block stromlos geschaltet wird und der vorletzte Block wieder mit Strom versorgt wird. Ein nachfolgender Zug kann somit bis in den letzten freien Block fahren.

In jedem Fall kann die Steuerung sehr schnell aufwändig werden, vor allem mit der Anzahl der Weichen steigt die Komplexität in der Verkabelung rasant schnell ins unlösbare.

Hut ab, vor denen, die eine umfangreiche Anlage mit Analogtechnik zuverlässig zum Laufen bekommen!

Automatikbetrieb auf der "digitalen" Modellbahn

Von den mir bekannten Digital-Zentralen kennen nur zwei (Viessmann Commander und Raptor) eine Blocksteuerung mit Zugverfolgung. Bei allen anderen Zentralen ist ein Automatikbetrieb entsprechend nicht in der Lage eine Lok über den Decoder zu beeinflussen. Es ist deshalb wie bei der Analogtechnik nötig, dass der Gleisabschnitt am Ende des Blockes stromlos geschaltet wird, jedoch ausgelöst durch einen Rückmeldekontakt und mit einem passenden Schalt-Decoder mit eingebautem Relais. Im Gegensatz dazu wird bei der Analogtechnik ein Relais üblicherweise direkt angesteuert.

Ich halte einen richtigen Automatikbetrieb ausschliesslich mit dem Viessmann Commander als sinnvoll. Der Raptor-Zentrale fehlt ein Bildschirm, der anzeigt was gerade abgeht. Alle anderen Zentralen sind ohne PC-Steuerung nicht für einen richtigen Automatikbetrieb geeignet, da einerseits die nötigen Zusatzmodule und Schaltungen massiv teurer sind als die Analogtechnik und anderereseits nicht wirklich einen Mehrwert bietet dieser gegenüber.

Automatikbetrieb mit einer PC-Steuerung

Sämtliche mir bekannten PC-Steuerungen sind in der Lage die Loks im Automatikbetrieb direkt über den Decoder zu beeinflussen. Auf teure Bremsbausteine, Schattenbahnhofs-Elektronik, Signale und manchen Schaltdecoder kann gegenüber der vorgenannten Versionen verzichtet werden. Hinzu kommt, dass eine PC-Steuerung massiv flexibler ist. Folgende Vorteile sehe ich gegenüber einer Automatiksteuerung ohne PC:

Blöcke können von beiden Seiten her befahren werden.
Züge können nach Typ unterschieden werden, z.B. benutzen Güterzüge das Umfahrungsgleis, Personenzüge fahren in den Bahnhof ein.
Es müssen nicht alle Blöcke Platz bieten für den längsten Zug, die Blöcke werden aufgrund der Blocklänge von Zügen befahren oder eben nicht (wenn die Züge zu lang sind).
Pendelzüge sind nicht nur auf abgetrennten Gleisen möglich, sondern können in den normalen Zugbtrieb integriert werden.
Züge können ohne Zusatzelektronik sanft angehalten werden.
Die Geschwindigkeit kann pro Zug, bzw. pro Fahrstrasse eingestellt werden. Auf freier Strecke sind die Züge schnell, auf dem Gleisfeld vor dem Bahnhof ist gefühltes Schritttempo angesagt.
Die Züge können aufgrund ihrer Länge weiter vorne oder weiter hinten am Bahnsteig zum Stehen gebracht werden.
Im Schattenbahnhof kann die Innenbeleuchtung abgeschaltet werden, im sichtbaren Bahnhof bleibt sie an.
Ein Wegstellen eines Zuges auf ein Abstellgleis und anschliessendes wieder hervorholen ist automatisch möglich.
Der Automatikbetrieb kann teilweise kurzfristig beeinflusst werden (defekte Gleise werden gesperrt, defekte Loks umfahren).
Züge mit Schiebeloks und Stromaufnahme am Ende des Zuges werden nicht über den Block hinausgeschoben, da es keine stromlosen Abschnitte gibt.
... die Möglichkeiten sind einfach (fast) unbegrenzt.

Die Steuerung meiner Modellbahn habe ich selbst geschrieben.