Wie funktioniert der Automatikbetrieb auf einer Modellbahnanlage?
Begriffserklärungen zum Automatikbetrieb
Gleise
Ein geordneter Betrieb mit einer Eisenbahn erfordert immer eine eindeutige Bezeichnung von Gleisen. Ein Gleis hat immer eine bestimmte Länge. Im Modellbahnbereich beinhaltet ein Gleis nie eine Weiche oder Kreuzung und ein Zug muss immer komplett in ein Gleis passen (beim Vorbild trifft dies nicht immer zu). Bei vielen Modellbahnsteuerungen werden zur Vereinfachung auch Blöcke verwendet, die dann eine eindeutige Bezeichnung haben.
Signale
Ein Signal zeigt an, ob ein Zug in den nächsten Gleisabschnitt oder über eine Fahrstrasse fahren darf. Es kann Halt, Fahrt oder je nach Signalsystem weitere Begriffe anzeigen und dient dazu, Fahrberechtigungen sichtbar zu machen und Züge vor belegten oder gesperrten Bereichen anzuhalten. Da auf einer Modelleisenbahn keine Lokführer vorhanden sind, werden die Fahrbefehle über die Decoder an die Lokomotiven weitergegeben. Signale sind auf einer Modelleisenbahn nur dekorativ. Anders ist es beim Vorbild: Dort sind sie ein wesentliches Element der Zugsteuerung und Sicherheit.
Fahrstrassen
Eine Fahrstrasse bezeichnet den gesicherten Fahrweg von einem Startgleis in ein Zielgleis 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. Ist eine Fahrstrasse eingestellt, kann dem Zug eine Fahrberechtigung erteilt werden (beim Vorbild durch das Signal, bei der Modellbahn durch die Ansteuerung der Lokdecoder). Hat der Zug die Fahrberechtigung wahrgenommen und ist im Zielgleis vollständig 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 Gleis kann durch maximal einen Zug belegt sein.
- Ein Zug kann nur von einem Gleis in ein nächstes Gleis fahren.
- Der längste Zug darf höchstens so lange sein wie das kürzeste Gleis (Manche PC-Steuerungen können diese Limite umgehen).
- Eine Fahrstrasse kann nur eingestellt werden, wenn sich im Zielgleis kein Zug mehr befindet.
- Eine Fahrstrasse kann nur eingestellt werden, wenn dabei keine verriegelten Weichen benutzt werden.
- Damit ein Zug fahren kann, muss eine Fahrstrasse eingestellt sein.
Funktionsweise des Automatikbetriebes anhand von Beispielen
In den folgenden Beispielen gilt Folgendes:
- In einem weissen Gleis befindet sich kein Zug.
- In einem grünen Gleis wird ein einfahrender Zug erwartet.
- In einem roten Gleis befindet sich ein Zug.
Oval mit einem Zug
Im einfachsten Fall existiert ein Gleisoval, welches in drei Gleisabschnitte A, B und C unterteilt ist. In Gleisabschnitt A steht ein Zug, die anderen Gleisabschnitte sind frei. Es existieren Fahrstrassen von Gleisabschnitt A nach B, von B nach C und von C nach A.
Damit der Zug in Gleisabschnitt 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 Gleisabschnitt A wird auf Fahrt gestellt. Der Zug kann losfahren.
Angekommen in Gleisabschnitt B wird das Signal in Gleisabschnitt A geschlossen und die Fahrstrasse A-B wie auch Gleisabschnitt A freigegeben.
Dasselbe wiederholt sich nun für den nächsten Gleisabschnitt: Die Fahrstrasse B-C wird gestellt und verriegelt, das Signal in Gleisabschnitt B geht auf Fahrt, der Zug fährt ab in Richtung Gleisabschnitt C.
Ist der Zug im Gleisabschnitt C angekommen, geht das Signal in Gleisabschnitt B wieder auf geschlossen und die Fahrstrasse B-C und Gleisabschnitt B werden freigegeben.
Und nochmals für den letzten Gleisabschnitt: Die Fahrstrasse C-A wird gestellt und verriegelt, das Signal in Gleisabschnitt C geht auf Fahrt, der Zug fährt in den Gleisabschnitt A, das Signal in Gleisabschnitt C geht wieder auf geschlossen und die Fahrstrasse C-A und Gleisabschnitt C werden freigegeben. Damit wären wir wieder am Anfang und das Spiel beginnt von neuem.
Oval mit zwei Zügen
Da ein Automatikbetrieb mit einem Zug in einem Oval nur bedingt Sinn macht, erweitern wir unsere Anlage auf zwei Züge: Die Metro steht in Gleisabschnitt A und der TGV steht in Gleisabschnitt B. Die Fahrstrasse A-B kann nicht gestellt werden, da sich bereits der TGV in Gleisabschnitt B befindet. Die Metro muss also warten.
Die Fahrstrasse B-C kann gestellt und verriegelt werden, da sich kein Zug in Gleisabschnitt C befindet. Das Signal in Gleisabschnitt B zeigt Fahrt. Der TGV fährt los. Angekommen in Gleisabschnitt C geht das Signal in Gleisabschnitt B auf geschlossen und die Fahrstrasse B-C und Gleisabschnitt B werden freigegeben.
Da der Gleisabschnitt B nun freigegeben wurde kann die Fahrstrasse A-B gestellt werden und das Signal in Gleisabschnitt A geht auf Fahrt. Die Metro fährt los. In Gleisabschnitt B angekommen wird das Signal in Gleisabschnitt A geschlossen und die Fahrstrasse A-B und der Gleisabschnitt A freigegeben.
Jetzt kürze ich etwas ab: Nun fährt der TGV von C nach A. Dann die Metro von B nach C. Dann der TGV von A nach B. Dann die Metro von C nach A. Und damit wären wir wieder bei der Ausgangslage.
Im genannten Beispiel mit zwei Zügen und drei Gleisabschnitten sehen wir, dass ein Automatikbetrieb möglich ist. Es fährt aber jeweils immer nur ein Zug. Ein fahrender Zug (im Bild die Metro) belegt immer zwei Gleisabschnitte: denjenigen, in dem er war (Gleisabschnitt B), und denjenigen, in den er fährt (Gleisabschnitt C). Um einen Automatikbetrieb aufzubauen, benötigen wir somit mindestens einen Gleisabschnitt mehr als wir Züge haben.
Oval mit zwei fahrenden Zügen
Wenn wir möchten, dass alle Züge gleichzeitig fahren können, benötigen wir mehr Gleisabschnitte. Wir erweitern somit unsere Anlage mit einem Gleisabschnitt D zwischen den Gleisabschnitten C und A. Somit haben wir eine Anlage mit den Gleisabschnitten A, B, C und D und den Zügen Metro (in Gleisabschnitt A) und TGV (in Gleisabschnitt B).
Der TGV kann fahren, da Gleisabschnitt C frei ist und die Fahrstrasse gestellt werden kann. Die Metro muss noch warten, da Gleisabschnitt B noch belegt ist.
Ist nun der TGV in Gleisabschnitt C angekommen, kann er weiterfahren, da ja Gleisabschnitt D frei ist und die Fahrstrasse C-D gestellt werden kann. Auch die Metro kann nun fahren, da Gleisabschnitt B frei ist und die Fahrstrasse A-B gestellt werden kann. Beide Züge fahren.
Die Metro ist nun in Gleisabschnitt B und der TGV in Gleisabschnitt D angekommen. Nun können auch beide wieder weiterfahren, da Gleisabschnitt A für den TGV verfügbar ist und Gleisabschnitt C für die Metro. 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 Gleisabschnitt A einen zweigleisigen Bahnhof mit Gleisabschnitt A1 und Gleisabschnitt A2. Da befinden sich auch unsere Metro und TGV. Zwischen den Gleisabschnitten A1, A2 und B befindet sich die Weiche 1 und zwischen D, A1 und A2 die Weiche 2. Die Metro darf fahren, Gleisabschnitt B wird reserviert und die Fahrstrasse A1-B und damit die Weiche 1 gestellt und verriegelt. Der TGV muss warten, da der Gleisabschnitt B besetzt ist.
Die Metro fährt nun in Gleisabschnitt B und gleich weiter in Gleisabschnitt C.
Sobald die Metro in Gleisabschnitt C angekommen ist, wird die Fahrstrasse A2-B und damit die Weiche 1 gestellt. Nun kann der TGV in den Gleisabschnitt B fahren. Gleisabschnitt A2 wird anschliessend freigegeben.
Inzwischen ist unsere Metro in Gleisabschnitt D angekommen. Nun gibt es zwei Varianten: Sie kann in Gleisabschnitt A1 oder auch Gleisabschnitt A2 fahren. In diesem Beispiel wird in Gleisabschnitt A1 gefahren. Die Fahrstrasse D-A1 und damit die Weiche 2 wird gestellt und die Metro fährt los. Dort hält sie an, es ist ja schliesslich ein Bahnhof.
Der TGV ist nun auch via Gleisabschnitt C im Gleisabschnitt D angekommen. Nun steht im Bahnhof nur noch Gleisabschnitt A2 zur Verfügung. Fahrstrasse D-A2 mit Weiche 2 wird gestellt. Also fährt der TGV in Gleisabschnitt A2 ein, und wir sind wieder bei der Ausgangslage.
Verhältnis von Gleisabschnitten und Zügen
Damit ein Betrieb überhaupt möglich ist, muss mindestens ein Gleisabschnitt mehr auf der Anlage vorhanden sein als Züge vorhanden sind. Dann ist aber immer nur ein einziger Zug gleichzeitig unterwegs, denn ein fahrender Zug belegt immer mindestens zwei Gleisabschnitte.
Theoretisch könnten mit doppelt so vielen Gleisabschnitten wie Zügen alle Züge gleichzeitig fahren. Das ist aber nur dann möglich, wenn alle Gleisabschnitte gleich lang und alle Züge gleich schnell sind. In der Praxis zeigt sich, dass 2.5 bis 3 Gleisabschnitte 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 Gleisabschnitt und belegen damit mehr als einen Gleisabschnitt, auch wenn sie vor einem Lichtsignal stehen (Regelmässig zu sehen z.B. in Zürich-Altstetten bei langen Güterzügen auf Gleis 5). Je dichter eine Strecke befahren ist, desto kleiner sind die Gleisabschnitte. Das wird so weit praktiziert, dass jede Weiche einen eigenen Gleisabschnitt repräsentiert. Ist ein Zug über eine Weiche hinweggefahren, wird der Gleisabschnitt bereits für einen nächsten Zug freigegeben.
- Beim neuen Zugsicherungssystem ETCS Level R sind die Gleisabschnitte nicht mehr fest an ein Stück Gleis gebunden, sondern können "fliessend" (moving blocks) sein. Dicht befahrene Strecken oder Strecken mit wenig Signal-Infrastruktur 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 und Fahrtrichtung steuern können. Man muss sich deshalb mit der Krücke behelfen, dass das Ende eines Gleisabschnitts stromlos geschaltet wird, sofern der Zug (noch) nicht weiterfahren darf. Man behilft sich auch oft der Vereinfachung, dass jeweils der verlassene Gleisabschnitt stromlos geschaltet wird und der vorletzte Gleisabschnitt wieder mit Strom versorgt wird. Ein nachfolgender Zug kann somit bis in den letzten freien Gleisabschnitt 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! Da gibt es aber einige beeindruckende Beispiele.
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 kann ein Automatikbetrieb eine Lok entsprechend nicht über den Decoder 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 andererseits dieser gegenüber keinen wirklichen Mehrwert bieten.
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 den 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 mit RailControl habe ich selbst geschrieben.